Triazolopyrimidine sulfonanilide (TP) derivative is one of excellent herbicide compounds. We have synthesized three classes of a new sulfonamide derivative (TPP) as Acetolactate synthase (ALS) inhibitors, in which the benzene ring in TP skeleton was converted to substituted pyrimidyl ring and examined their inhibitory activities on barley for ALS. $I_{50}$ values of the inhibitors ranged from 0.005 to 2 mM. Comparing the $I_{50}$ value of each class of TPP derivatives, the substituents in pyrimidine and triazolopyrimidine ring were found to affect the degree of ALS inhibition. TPP with substituted methyl group in pyrimidine ring showed higher inhibitory activity than that with methoxy group, while the substitution of the cyclopentano group in triazolopyrimidine ring gave very large inhibitory activity than that of methyl group. The present study established that variation of the electron density by substitution at heterocyclic ring is a very important factor for ALS inhibition, but showed no dependence on steric effect by substituents.
LGC-40863(proposed common name ; pyribenzoxim), (benzophenone O-[2,6-bis[(4,6-dimethoxy-2-pyrimidinyl)oxy]benzoyl]oxime) is a new rice herbicide being developed by LG Chemical Ltd. The herbicide is highly selective between rice(Oryza sativa L.) and weeds including barnyardgrass (Echinochloa crus-galli(L.) P. Beauv.), and assumed to inhibit acetolactate synthase(ALS ; EC 4.1.3.18) because other structurally related herbicides inhibit the enzyme. To know inhibitory activity and the mode of inhibition of LGC-40863, $I_{50}$(concentration inhibiting ALS activity by 50%) and inhibition kinetics were investigated using ALS extracted from rice and barnyardgrass. $I_{50}$ values of LGC-40863 were 14 and 16mM in rice and barnyardgrass, respectively. In contrast to imazapyr(2-[4,5-dihydro-4-mythyl-4-(1-methylethyl)-5-oxo-1H-imidazol-2-yl]-3-pyridine-carboxylic acid) which showed an uncompetitive inhibition pattern, LGC-40863 was a noncompetitive inhibitor to ALS with respect to pyruvate similar to chlorsulfuron(2-chloro-N-((4-methoxy-6-methyl-l,3,5-triazin-2-yl) aminocarbonyl)benz-enesulfonamide) in both plants.
Lee, Jae Soeb;Chang, Soo Ik;Nam Goong, Sung Keon;Shin, Jung Hyu;Choi, Jung Do
Journal of the Korean Chemical Society
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v.42
no.3
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pp.306-314
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1998
Acetolactate synthase (ALS) is the common enzyme in the biosynthesis of branched chain amino acids, Val, Leu, and Ile in bacteria, yeast, and higher plants. The enzyme is target site of several classes of structually diverse herbicides, including the sulfonylureas, the imidazolinones, the triazolopyrimidines, and the primidyl-oxy-benzoates. We have synthesized new triazolopyrimidine (TP) derivatives, and determined their inhibitory activities on barley ALS. $lC_{50}$ values for the active compounds were 3.2 nM-0.62 mM, and some of them appeared to be potent inhibitors. The progress curves for inhibition of ALS by TP4, a representative derivative, indicated that the extent of inhibition increased with incubation time. The inhibition of ALS by TP4 showed mixed-type inhibition with respect to pyruvate. Dual inhibition analyses of TP4 versus imidazolinone Cadre and feedback inhibitor Leu suggested that three different classes of inhibitors bind to ALS in a mutually exclusive manner. Chemical modification of tyrosyl residues of ALS decreased sensitivity of ALS to TP4, while modification of tryptophan and cysteine did not affect the sensitivity.
Kim, Song-Mun;Kim, Yong-Ho;Hur, Jang-Hyun;Han, Dae-Sung
The Korean Journal of Pesticide Science
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v.2
no.3
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pp.1-20
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1998
Chlorsulfuron, one of sulfonylurea herbicides acts through inhibition of acetolactate syuthase (EC 4.1.3.18; ALS, also known as acetohydroxyacid synthase) in the branched-chain amino acid biosynthesis process. After chlorsulfuron-ALS interaction, many physiological and metabolic disruptions occur in plants. However, it is not clear how this chlorsulfuron-ALS interaction affects those physiological and metabolic processes and how this interaction leads subsequently to plant death. Several researchers suggested that the death of chlorsulfuron-treated plants might be due to a shortage of the branched-chain amino acids, an accumulation of toxic metabolites, and/or a depletion of photoassimilates. It remains as a mystery presently, however, if such changes result in the plant death. In this review, we discussed how the chlorsulfuran-ALS interaction leads to physiological and metabolic disruptions in plants.
The combined effects of primisulfuron and imazethapyr treated with piperonyl butoxide(PBO) on growth inhibition and acetolactate synthase(ALS) activity in corn were studied to identify the tolerance mechanism among corn cultivars. Pioneer 3751 IR showed resistance to primisulfuron and imazethapyr, but Pioneer 3751 and Chalok 2 were susceptible to them. Pioneer 3751 IR was tolerant to primisulfuron regardless of PBO treatment, but Pioneer 3751, Suwon 118 and Chalok 2 were more greatly inhibited by combined treatment of primisulfuron with PBO. Synergistic effect on growth inhibition in Pioneer 3751 IR, Pioneer 3751, Suwon 118 and Chalok 2 was not occurred when imazethapyr was treated with PBO, but Pioneer 3751, Suwon 118 and Chalok 2 tended to inhibit by combined treatment of imazethapyr with PBO. Pioneer 3751 IR showed higher ALS activity than Pioneer 3751 when primisulfuron or imazethapyr was treated. ALS activity was inhibited by primisulfuron at $0.01{\mu}M$ or above and imazethapyr at $1{\mu}M$ or above, and inhibitory effect on ALS activity was observed by primisufuron and imazethapyr treatments with PBO.
Le, Dung Tien;Yoon, Moon-Young;Kim, Young-Tae;Choi, Jung-Do
Proceedings of the Korean Society for Bioinformatics Conference
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2003.10a
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pp.277-287
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2003
Acetolactate synthase (ALS, EC 4.1.3.18; also referred to as acetohydroxy acid synthase) catalyzes the first common step in the biosynthesis of valine, leucine, and isoleucine in microorganisms and plants. Recently X-ray structure of yeast ALS was available. Pair-wise alignment of yeast and tobacco ALS sequences revealed 63% sequence similarity. Using Deep View and automatic modeling on Swiss model server, we have generated reliable models of tobacco ALS based on yeast ALS template with a calculated pair-wise RMSD of 0.86 Angstrom. Functional roles of four residues located on the subunit interface (H142, El43, M350, and R376) were examined by site-directed mutagenesis. Seven mutants were generated and purified, of which three mutants (H142T, M350V, and R376F) were found to be inactivated under various assay conditions. The H142k mutant showed moderately altered kinetic properties. The E143A mutant increased 10-fold in K$_m$ value while other parameters remained unchanged. The M350C mutant was strongly resistant to three tested herbicides, while the R376k mutant can bind with herbicide carder at similar affinity to that of wild type enzyme, as determined by tryptophan quenching study. Except M350V mutant, all other mutants were ate to bind with cofactor FAD. Taken together, it is likely that residues H142 and E143 are located at the active site, while residues M350 and R376 are possibly located at the overlapping region of active site and herbicide binding site of the enzyme. Our data also allows us to hypothesize that the interaction between side chains of residues M350 and R376 are probably essential for the correct conformation of the active site. It remains to be elucidated that, whether the herbicide, upon binding with enzyme, inactivates the enzyme by causing change in the active site allosterically, which is unfavorable for catalytic activity.
Kim, Sung-Ho;Park, En-Joung;Yoon, Sung-Sook;Choi, Jung-Do
Bulletin of the Korean Chemical Society
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v.24
no.12
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pp.1799-1804
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2003
Acetolatate synthase(ALS) catalyzes the first common step in the biosynthesis of valine, leucine, isoleucine in plants and microorganisms. ALS is the target of several classes of herbicides, including the sulfonylureas, the imidazolinones, and the triazolopyrimidines. To elucidate the roles of arginine residues in tobacco ALS, chemical modification and site-directed mutagenesis were performed. Recombinant tobacco ALS was expressed in E. coli and purified to homogeneity. The ALS was inactivated by arginine specific reagents, phenylglyoxal and 2,3-butanedione. The rate of inactivation was a function of the concentration of modifier. The inactivation by butanedione was enhanced by borate, and the inactivation was reversible on removal of excess butanedione and borate. The substrate pyruvate and competitive inhibitors fluoropyruvate and phenylpyruvate protected the enzyme against inactivation by both modifiers. The mutation of well-conserved Arg198 of the ALS by Gln abolished the enzymatic activity as well as the binding affinity for cofactor FAD. However, the mutation of R198K did not affect significantly the binding of FAD to the enzyme. Taken together, the results imply that Arg198 is essential for the catalytic activity of the ALS and involved in the binding of FAD, and that the positive charge of the Arg is crucial for the interaction with negatively charged FAD.
Cyclosulfamuron a herbicide of sulfonylurea type, is a relatively new compound which control broad leaves and perennial weeds in rice field. However, this herbicide has a minor disadvantage of decreasing rice plant growth, especially in early growth stage. Therefore, far introducing this cyclosulfamuron as a herbicide in rice field, it is important to minimize the suppression of early plant growth with maintaining weed control efficacy. This study was conducted to evaluate effects of cyclosulfamuron early plant growth and acetolactate synthase activity of rice (Oryza sativa cv Dongjinbyeo, Hwasungbyeo, Ilpumbyeo). Rice growth was inhibited by cyclosulfamuron in their early growth stage. The concentrations required far 50% inhibition of Dongjinbyeo, Hwasungbyeo and Ilpumbyeo growth were 6.3, 9.2 and 146.mg/kg, respectively. Inhibition effect of cyclosulfamuron on the root elongation was greater than the effect on the shoot growth. Concentrations required far 50% inhibition of acetolactate synthase activity from Dongjinbyeo, Hwasungbyeo, Ilpumbyeo were 42.7, 32.7 and $56.7\;{\mu}M$, respectively.
Park, Tae-Seon;Lee, In-Yong;Park, Jae-Eup;Oh, Se-Mun
The Korean Journal of Pesticide Science
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v.11
no.4
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pp.269-275
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2007
Four sulfonylurea(SU)-resistant Monochoria vaginalis(M. vaginalis) accessions were tested for levels of resistance to four SU herbicides which have been widely using in paddy fields of Korea, based on whole plant response and sensitivity of the target enzyme, acetolactate synthase(ALS). The resistant Naju, Nonsan and Gimje accessions were not affected to the survival by treatment with recommended dose of all SU herbicides tested. The $GR_{50}$ values for the Naju, Nonsan and Gimje accessions were 8- to 33-fold, 8- to 30-fold and 7- to 32-fold higher to recommended doses of all SU herbicides tested than the susceptible Cheongdo accession, respectively. However, the $GR_{50}$ values for Kimhae accession displayed an intermediate response and was only 4-to 13-fold more resistant than the susceptible accession. The ALS $I_{50}$ values for the Naju, Nonsan and Gimje accessions were 25- to 66-fold, 9- to 26-fold and 10- to 24-fold higher to recommended doses of all SU herbicides tested than the susceptible Cheongdo accession, respectively. However, the $I_{50}$ value for Kimhae accession was 4- to 9-fold more resistant than the susceptible accession, as determined by $I_{50}$ values of ALS.
Growth response and acetolactate synthase(ALS) activity were examined to determine the resistance of corn cultivars to primisulfuron when primisulfuron and/ or insecticide Terbufos were applied. Pioneer 3571 IR showed resistance to primisulfuron regardless of Terbufos treatment, but Pioneer 3571 was greatly injured with primisulfuron plus Terbufos treatment. Suwon 118 was relatively tolerant to primisulfuron compared to Chalok 2, but crop injury was occurred at both cultivars by primisulfuron plus Terbufos treatment. ALS activity at Pioneer 3751 IR was very high in primisulfuron and/ or Terbufos treatment. Suwon 118 also showed higher ALS activity compared to Pioneer 3751 and Chalok 2, but ALS activities were greatly decreased by primisulfuron plus Terbufos treatment at Suwon 118 and Chalok 2. The $I_{50}$ concentration for 50% inhibition of the ALS enzyme was 10.0, 0.06, 7.75, and 0.04${\mu}M$ for Pioneer 3751 IR, Pioneer 3751, Suwon 118, and Chalok 2, respectively. Consequently, resistance of corn cultivars to primisulfuron was significantly related to ALS activity. Crop injury and lower ALS activity were recognized in susceptible corn cultivars by primisulfuron plus Terbufos treatment.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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