Academic literature on the topic 'Cytochrome c oxydase'

AbstractA new species of the genus Plusia Ochsenheimer is described from North America on the basis of differences in wing colour, markings, and genital structure. The new species, typically found in bogs, was first recognized through molecular sampling for the Barcode of Life Initiative and differs significantly from other species of Plusia in the cytochrome c oxydase I (COI) mitochondrial gene sequence.

AbstractDefinition of the genus Calliptamus (Orthoptera: Acrididae) has generated many taxonomic debates. Even now, the existence of different geographical morphs hinders species determination, particularly as concerns females and larvae. Some of these species are observed in southern France and are recognized as potential pests. To circumvent problems of species identification in ecological surveys, we developed a single multiplex PCR method based on mitochondrial Cytochrome Oxydase I diagnostic polymorphisms to differentiate between the four species, Calliptamus italicus, C. wattenwylianus, C. siciliae and C. barbarus, in southern regions of France.

Kupu-kupu Troides helena (Kupu-kupu Raja) merupakan salah satu spesies langka yang dilindungi. Eksploitasi yang berlebihan, serta alih fungsi hutan menjadi ancaman bagi kehidupan kupu-kupu ini. Penelitian ini dilakukan untuk mengetahui variasi pada gen cytochrome C oxidase I Troides helena yang diperoleh dari dua lokasi yang berbeda, yaitu Gunung Tumpa dan Gunung Dua-sudara. Analisis sekuens menunjukkan adanya perbedaan satu pasang basa nukleotida dari kedua spesimen tersebut. Selain itu, variasi juga ditunjukan pada sampel yang diperoleh dari basis data GenBank dengan adanya perbedaan 7-8 pasang basa nukleotida dengan spesimen pada penelitian ini. Hasil perhitungan jarak genetik menunjukkan bahwa meskipun secara geografis spesimen-spesimen uji ini berasal dari lokasi yang berjauhan, variasi genetik masih berada dalam kisaran variasi intraspesies.Troides helena (Common Birdwing) is listed as one of endangered and protected butterfly species. Excessive exploitation and forest conversion have become threat to the life of this butterfly. This study was conducted to determine the genetic variation of Troides helena obtained from Mt. Tumpa and Mt. Dua-sudara based on cytochrome C oxidase I gene. Sequence analysis shows one nucleotide difference between these two specimens. Moreover, genetic variation also has been shown by comparing these two specimen with other Troides helena obtained from database in GenBank. There are 7-8 nucleotides differences among tested specimens. The result of genetic distance calculations indicates that although geographically these test specimens derived from remote locations, the genetic variation is still within the range of intraspecific variation.

The genus Colocasiomyia de Meijere (Diptera, Drosophilidae) is known to include 30 described and nearly 60 undescribed species classified into six species groups. Among these, the C. gigantea group of seven known species (two Southeast Asian and five Chinese) proved to be peculiar for its specificity on monsteroid (subfamily Monsteroideae, family Araceae) host plants. In this paper, two new species, C. todai Jiao & Gao, sp. nov. and C. liae Jiao & Gao, sp. nov., are described as members of the C. gigantea group with specimens collected from inflorescences of the monsteroid host species Rhaphidophora peepla (Roxb.) Schott and R. crassicaulis Engl. & Krause, respectively, in Yunnan, China. The two new species are delimitated, in comparison with all known species, based on not only morphological but also DNA barcode (partial sequence of the mitochondrial COI, i.e., cytochrome c oxydase subunit I, gene) data. A revised key to all the nine species of the C. gigantea species group is provided.

Changes in the palaeoenvironment and paleoclimate expedite the process of evolutionary divergence in animals. The evolutionary events of some small mammals distributed in Xinjiang Arid Region remain ambiguous. Thus, it is necessary to predict their evolutionary histories based on divergence estimates. Some museum specimens were involved in this analysis because of sampling limitation for threatened species in the arid region. A related problem is that some mutilated specimens without complete taxonomic data made it difficult to directly analyze species divergence. Here, sequences of cytochrome c oxydase I were used to identify museum specimens and combined with cytochrome b to estimate the recent divergence of extant small mammals constrained with eight fossil calibrations. The results showed that the massive species differentiation emerged during the Middle and Late Miocene periods. We inferred that differentiation of these small mammals might be associated with the retreat of the Tethys Sea from the Tarim Basin around the Eocene-Oligocene boundary and the global climate fluctuations during the Miocene period. Furthermore, the aridification and changes in the Taklimakan and Gurbantunggut Deserts might have driven the diversification of intraspecies and the emergence of cryptic species since the Late Pleistocene.

The Hirtodrosophila melanderi species group contains nine known species recorded from either the Old or the New World. All these species were thought to be strict fungivorous drosophilids. In the present study, we give supplementary descriptions for three of these known species, all recorded from Yunnan, southwestern China, H. furcapenis, H. furcapenisoides, and H. longifurcapenis, by examining respective type specimen(s). We then describe four new species of the same group, H. seticlasper Katoh & Gao, sp. nov., H. spinicerca Katoh & Gao, sp. nov., H. serratifurcapenis Katoh & Gao, sp. nov., and H. truncifurca Katoh & Gao, sp. nov., all discovered recently from high altitudes (ca. 3,500 to 3,800 m a.s.l.) in Tibet (Xizang), southwestern China. The delimitation of these new species is firstly performed in light of morphology and further with the aid of DNA sequences of the mitochondrial COI (cytochrome c oxydase, subunits I) gene. In addition, a key to all the species of the species group is provided.

Le travail décrit dans ce manuscrit est consacré à la synthèse de modèles génériques d’hémoprotéines multifonctionnels obtenus à partir d'une porphyrine à anse phénanthroline. Deux nouveaux modèles de cytochrome c oxydase résultant des ces modèles génériques ont été préparés par introduction de deux bras pyridiniques en positions distale et proximale. L’étude à l’état solide d’un des complexes de zinc a révélé un environnement pentacoordiné proximal autour de l’atome de zinc. Cette géométrie pentacoordinée a également été observée, à l’aide de la RPE, avec les complexes correspondants de fer(III). Des études parallèles en UV-visible et RMN du proton ont permis de montrer que les complexes de fer(II), obtenus par réduction chimique, présentent une géométrie hexacoordinée autour de l’ion ferreux. Il a pu être montré que la fixation d'oxygène moléculaire nécessite une occupation préalable du bras pyridine en position distale. L’étude de la fixation de l’oxygène sur nos édifices a été effectuée en réduisant soit le complexe de fer(III) hexacoordiné avec le N-méthylimidazole soit le complexe binucléaire [fer(III) pentacoordiné - cuivre(I)]. Finalement, il a été démontré que les performances électrocatalytiques en réduction à 4 électrons de l'oxygène moléculaire augmente avec l'affinité des complexes ferreux pour l'oxygène gazeux<br>The work described in this manuscript is devoted to the synthesis of multifunctional hemoproteins generic models obtained from phenanthroline-strapped porphyrin. Two models of cytochrome c oxidase resulting from these generic models were prepared by attaching two pyridines arms at the distal and proximal positions. The solid state study of one zinc complex showed a proximal pentacoordinated environment around the zinc atom. This pentacoordinated geometry was also observed by EPR in the corresponding iron(III) complex. UV-visible and proton NMR studies of the iron(II) complex, obtained by chemical reduction, revealed a hexacoordinated geometry around the ferrous ion. It was shown that oxygen binding required prior occupation of a distal pyridine arm. The oxygen binding study on our compounds was carried out by reducing the hexacoordinated iron(III) complex with Nmethylimidazole or the binuclear [iron(III) pentacoordinated-copper(I)] complex. Finally, it was shown that the electrocatalytic performance in 4-electron reduction of molecular oxygen increased with the affinity of the ferrous complex for oxygen gas

L'ensemble de ce mémoire concerne la description des résultats que nous avons obtenus lors de la préparation de modèles du centre binucléaire Fea3/cuB de la cytochrome c-oxydase. Dans une première partie, nous décrivons brièvement les caractéristiques essentielles de l'enzyme, ainsi que quelques uns parmi les nombreux modèles du centre Fea3-cuB de la littérature. La deuxième partie de ce mémoire est pour sa part consacrée à la préparation et à la caractérisation d'héterobimacrocycles de type porphyrine-cyclame, modèles de la forme oxydée FeIII-CuII de l'enzyme. D'une manière générale, ces systèmes comportent une ortho-tétraaminophénylporphyrine et un cyclame maintenus en géométrie cofaciale par l'intermédiaire de deux espaceurs de longueur ajustable. Dans une troisième partie, nous décrivons la préparation et la caractérisation de modèles comportant une tris-(2-aminoéthylamine) ou TREN et une ortho-tétraaminophénylporphyrine. Les deux systèmes chélatants sont maintenus en vis-à-vis par l'intermédiaire de trois ou quatre espaceurs de longueur variable. L'étude des complexes ferroporphyriniques correspondants a été entreprise. Cette étude prouve que ces complexes possèdent d'une manière indiscutable les propriétés requises pour envisager leur application en tant que transporteur de dioxygène. Par ailleurs, la préparation d'un complexe porphyrine-TREN fer-cuivre a été réalisée. Les premières études semblent prouver que l'action du dioxygène sur le dérivé FeII-CuI induit la formation d'un complexe de type µ-peroxo hétérobimétallique, qui pourrait être de même nature que celui rencontre dans le système naturel.

Ce travail décrit la mise au point de nouveaux modèles du site actif bimétallique (fer-cuivre) de la cytochrome c oxydase, à partir d’une porphyrine superstructurée à anse phénanthroline synthétisable à l’échelle du gramme en peu de temps. L’originalité de ce système réside dans le fait que le site de coordination prévu pour le cuivre (phénanthroline) et la porphyrine sont maintenus dans une géométrie contrôlée. Quelques informations importantes sur la cytochrome c oxydase (structure, mécanisme postulé pour la réduction tétraélectronique du dioxygène qu’elle catalyse) sont regroupées en début de mémoire. Les principaux modèles structuraux et fonctionnels de la littérature, et les études physicochimiques réalisées au laboratoire sur la porphyrine à anse phénanthroline sont aussi rappelés. La suite du manuscrit décrit en détail les évolutions synthétiques réalisées pour essayer de corriger les défauts de base de la porphyrine à anse phénanthroline. Une méthode de fonctionalisation de la porphyrine a été développée et nous a permis d’obtenir une série de nouveaux composés, différant du système initial par l’encombrement de la porphyrine, l’incorporation d’imidazoles ou leur solubilité. Il a été suggéré que la coordination proximale du système naturel (un résidu Histidine) est importante pour la catalyse et doit donc être reproduite dans les modèles. C’est pourquoi une part importante de ce mémoire est consacrée à l’étude par UV/Visible, RMN, et RPE de la coordination des imidazoles substitués ou non avec les composés synthétisés et métallés au zinc(II) et fer(III). Les structures en phase solide de trois complexes d’inclusion d’imidazoles dans ces édifices ont été obtenues. La dernière partie de ce mémoire est consacrée aux études électrochimiques de l’efficacité de ces composés comme catalyseurs de la réduction du dioxygène. Une très bonne sélectivité vis-à-vis du mécanisme à 4 électrons est obtenue avec les modèles à imidazoles incorporés et métallés au fer(III) seul<br>This work describes the development of new models of the bimetallic active site (Fe-Cu) of cytochrome c oxidase based on a superstructurated phenanthroline-strapped porphyrin that is rapidly available on a gram scale. In this original system, the coordination site chosen for copper (phenanthroline) and the porphyrin are maintained in a controlled geometry. The most important features of cytochrome c oxidase (structure, postulated mechanism for the four electron reduction of molecular oxygen) are described in the first part of this report. The main models from the literature and the previously available analytical studies of the phenanthroline-strapped porphyrin are also presented. The synthetic evolutions carried out in order to correct the shortcomings of the starting edifice are discussed in the following parts of this manuscript. A synthetic strategy for the functionalisation of the phenanthroline-strapped porphyrin has been developed, giving access to a series of new compounds. In some of these compounds, the steric hindrance around the porphyrin has been increased; others carry built-in imidazoles, and for one of them, the solubility in organic solvents has been enhanced. The proximal coordination of the natural system (one Histidine) is known to have a strong influence on catalytic efficiency. Therefore, this type of coordination has been reproduced in our models. One important part of this report describes the UV/Visible, NMR and EPR studies of the coordination of imidazoles to zinc(II) or iron(III) porphyrins. The solid-phase structures of three inclusion compounds of imidazoles in our edifices are also presented. The efficiency of our compounds in the reduction of molecular oxygen is discussed in the last part of this report. The electrocatalytic studies have shown that the iron(III) compounds with built-in imidazoles selectively catalyse the four electron reduction of molecular oxygen

Le moyen principal par lequel la majorité des êtres vivants parvient à disposer de l'énergie nécessaire à l'entretien et au développement cellulaires est la respiration, ensemble de réactions d'oxydo-réduction couplées à la synthèse d'ATP, « monnaie » énergétique de la cellule, par le biais d'une translocation de protons de part et d'autre de la membrane interne des mitochondries. Un sujet central dans l'étude de la chaîne de transfert d'électrons (CTE) respiratoire réside dans le mode d'organisation des éléments qui la constituent. En particulier, un nombre important d'expériences récentes ont démontré la possibilité d'isoler par des moyens biochimiques des « supercomplexes » constitués de plusieurs des complexes de la chaîne respiratoire physiquement associés entre eux, menant à une remise en cause du « modèle des collisions aléatoires » prédominant jusqu'alors. Afin de contribuer à répondre à cette question, nous avons développé une méthode permettant l'observation spectrophotométrique en temps réel des transferts d'électrons respiratoires dans des cellules intactes de S. Cerevisiae, et possiblement d'autres organismes. Cette technique est basée sur l'approche « flow-flash » inventée par Gibson & Greenwood en 1963, et largement mise en oeuvre par la suite dans l'étude de la cytochrome c oxydase in vitro. Nous démontrons par cette approche l'absence de contraintes pesant sur la diffusion du cytochrome c, suggérant que les supercomplexes ne canalisent pas les transporteurs solubles de la respiration dans la CTE des cellules entières.

L'etude des mecanismes de transfert d'electrons dans les chaines de transporteurs de la bacterie sulfato-reductrice de d. D. N. A ete abordee a l'aide du modele electrochimique electrode/proteine. Le comportement electrochimique du cytochrome c3 de d. D. N. A ete etudie a l'electrode de graphite pyrolytique. L'hemine, centre actif, et le cytochrome c ont servi de modeles. Les phenomenes d'adsorption entrainent des modifications structurales plus ou moins profondes des molecules adsorbees. Dans le cas du cytochrome c, une rupture des liaisons entre l'heme c et la chaine polypeptidique a meme ete suggeree. En ce qui concerne le cytochrome c3 de d. D. N. Les modifications observees semblent plus progressives. La deuxieme partie de ce travail a ete consacree a l'etude de l'interaction entre le cytochrome c3 et l'hydrogenase de d. D. N. La reaction electrocatalytique a ete mise en evidence aussi bien dans le cas ou l'hydrogenase se trouve en solution que lorsqu'elle est adsorbee a l'electrode. L'etude comparative de la reactivite entre l'hydrogenase de d. D. N. Et des cytochromes d'origines diverses a montre le role determinant joue par les interactions electrostatiques dans les phenomenes d'electrocatalyse observes

Les pathologies mitochondriales dues à un défaut dans la synthèse d'ATP causé par une déficience d'une enzyme des OXPHOS peuvent avoir de graves manifestations pouvant aller jusqu'à une mort précoce. Tout d'abord, nous avons étudié le complexe IV (COX) dont le déficit est surtout dû à des mutations de SURF1. Diverses analyses réalisées sur des cellules de patients mutés pour ce gène se sont avérées très utiles pour la mise en place de diagnostics pré et post-natals pour le Syndrome de Leigh, mais aussi pour mieux comprendre l'assemblage de la COX. Un modèle C. Elegans de ces déficiences à été réalisé en inhibant par RNAi l'expression de protéines constitutives ou d'assemblage de l'enzyme. Il ne reste plus maintenant qu'à mettre en place un test pharmacologique à haut débit sur ces animaux. D'autre part, l'étude d'un patient portant le codon d'initiation GUG pour la traduction de la sous-unité 6 du complexe V apporte de nouveaux éléments sur le mécanisme traductionnel mitochondrial

Les cytochromes c oxydases (CcO), situées dans les chaînes respiratoires eucaryotes et des bactéries aérobiques, catalysent la réduction de l'oxygène en eau, une réaction qui utilise quatre électrons et quatre protons. Ces complexes protéiques membranaires participent également à la formation de la force protonmotrice nécessaire à la synthèse d'ATP, en pompant quatre protons supplémentaires par molécule de dioxygène réduit. Le site actif des CcO aa3 contient un hème de type a de haut spin, l'hème a3, et un atome de cuivre, le CuB. Ces deux cofacteurs peuvent fixer, outre l'O2, d'autres ligands diatomiques impliqués dans la signalisation telle que le monoxyde d'azote (NO) et le monoxyde de carbone (CO). Les travaux présentés dans ce manuscrit, effectué sur l'oxydase mitochondriale et sur des oxydases bactériennes, aa3 et ba3, concernent à la fois l'interaction de ligands avec la CcO et le transfert interne d'électrons. Les oxydases étudiées possèdent quatre centres redox, l'hème a3 et le CuB ainsi que l'hème a (resp. b pour ba3) et le centre CuA, impliqués dans le transfert d'électron (ET) du donneur, le cytochrome c, à l'accepteur, l'oxygène fixé au site actif. L'inhibition réversible de la CcO par le NO est un processus de régulation de la respiration. En étudiant l'influence de la concentration de NO sur la dynamique du NO au sein des oxydases aa3 de P. denitrificans et ba3 de T. thermophilus nous avons mis en évidence une interaction entre plusieurs ligands dans le site actif. Pour l'oxydase aa3, la recombinaison géminée du NO, après sa photodissociation de l'hème a3, a lieu selon deux phases de 200 ps et 20 ns, dont l'intensité augmente pour les concentrations de NO superstoechiométriques. A l'inverse, aucun effet de la concentration n'est observé pour l'oxydase ba3 où l'activité NO réductase de cette CcO exclut la présence stable de deux molécules de NO dans le site actif. L'ensemble de ces résultats converge vers la présence d'une seconde molécule de NO dans ou à proximité du site actif dans l'oxydase aa3, créant un encombrement favorisant une recombinaison géminée plutôt qu'un cheminement vers l'extérieur de la protéine. Des expériences de spectroscopie RPE ont été effectuées afin de déterminer la nature du second site de fixation du NO. La modification du signal avec la concentration de NO est observée uniquement pour l'oxydase aa3. Si le spectre à basses concentrations (NO: CcO<1:1), très similaire à celui obtenu avec l'oxydase ba3, est caractéristique de la liaison du NO sur un hème ayant pour 5ème ligand une histidine, le spectre enregistré à hautes concentrations est similaire à celui mesuré lorsque NO est lié à un hème sans autre ligand en trans. Comme le spectre visible de l'oxydase n'indique pas une rupture de la liaison Fe-NεHis, nous proposons que la 2nd molécule de NO induise une rotation du NO lié à l'hème depuis une position parallèle au plan de l'histidine à une position perpendiculaire à ce plan, rompant ainsi les interactions paramagnétiques entre l'histidine et le NO. Cette interprétation est renforcée par des modélisations de la structure de l'oxydase aa3 avec un et deux molécules de NO dans le site actif. Elles montrent qu'en effet la présence d'un second NO, lié au CuB dans le site actif, induit une rotation du NO lié à l'hème de ~70°. Par ailleurs, à hautes concentrations de NO, il y a apparition d'un signal caractéristique d'une interaction métal de transition-NO, qui peut être attribué, par élimination, à la liaison CuB-NO. L'établissement de la présence simultanée de deux molécules de NO dans le site actif de la CcO aa3 de P. denitrificans dès les faibles concentrations de NO, ouvrent de nouvelles voies dans la compréhension des mécanismes d'inhibition de l'oxydase par le NO. Afin d'étudier plus en détail l'influence de l'environnement du site actif sur la dynamique du NO dans le site actif, le résidu V279 à été substitué par mutagenèse dirigée. Les premiers résultats sur des souches exprimant les oxydases mutées indiquent des modifications de leur activité O2 réductase. Par ailleurs, nous nous sommes intéressé à la vitesse de réduction du site actif par l'hème a. Cette réaction étant trop rapide pour être visualisée par injection d'électrons, nous avons étudié le flux des électrons en sens inverse. Ces expériences ont été effectuées sur l'oxydase mitochondriale dont l'hème a était oxydé et l'hème a3 réduit et lié une molécule de CO. Après photodissociation du CO de l'hème a3, les électrons se répartissent entre les deux hèmes de potentiel redox proche. Par spectroscopie, nous avons ainsi mesuré que 13 ±3 % de ce transfert s'effectue en 1,2 ns; ce temps correspond au transfert intrinsèque. Des études précédentes avaient montré une phase de 3 µs, considérée jusqu'ici comme la phase la plus rapide du ET entre les hèmes. Au regard de nos résultats, cette phase de ET peut être expliquée par le départ du CO du CuB, ce qui modifierait le potentiel redox de l'hème a3. Le transfert intrinsèque des électrons en 1,2 ns, permettrait à l'oxydase, dans des conditions physiologiques ([O2] faibles et e-peu disponibles) de capturer et de réduire l'oxygène en diminuant la durées des périodes où le site actif n'est pas réduit.

Ce travail s'inscrit dans le cadre de la chimie biomimétique. Il rapporte les synthèses et les études spectroscopiques et électrochimiques de modèles du site actif de la cytochrome c oxydase, enzyme catalysant le réduction du dioxygène exclusivement en eau. Plusieurs familles de molécules ont été élaborées : trois générations de porphyrines à cage tripodale et deux à piquets aromatiques. Nous avons confirmé sur des familles structurellement très différentes que les dérivés monométalliques de fer présentaient une activité séléctive de réduction du dioxygène. Leurs analogues bimétalliques fer-cuivre présentent systématiquement une activité passant par des processus mixtes. La présence d'une base azotée proximale intramoléculaire n'est pas indispensable pour l'obtention d'un catalyseur biomimétique. Un cycle catalytique faisant intervenir un ntermédiaire de type hydroperoxo, plutôt que l'espèce de type m-peroxo, a été postulé. Enfin, une dernière série de modèles a été envisagée, il s'agit de modèles structuraux dérivés des porphyrines ± tonnelles α présentant un piquet fonctionnalisé susceptible de mimer la triade histidine/ tyrosine/ CuB présente au niveau du site distal de l'ion cuivre.

We have reported cerebrovascular injuries induced by platelet aggregation in vivo. Appearance of vacuoles in endothelial cells and eventual deendothelialization are characteristic in large cerebral arteries (Stroke, 16:245, 1985). Minor changes are observed in brain capillaries, but disturbances of blood-brain barrier (BBB) are seen. To analyse changes in BBB, enzymatic activities in capillary endothelial cells before and after ADP-induced platelet aggregation in vivo were investigated.80 mg/kg of ADP was injected through a catheter into the right internal carotid artery of 32 rabbits. One hr later, right and left cortexes freed from pial membranes were homogenized and microvessels were isolated using discontinuous sucrose gradient ultracentrifugation. Purity of microvessel fraction was ascertained microscopically. The follwing enzymatic activities in these samples were measured.; cytochrome C oxydase (CCO), monoamine oxidase (MAO), p-nitrophenyl-phosphatase transferase (pNPPase, K-dependent component of Na, K-ATPase), gamma-glutamyl transferase (GT) and adenylate cyclase (AC). The enzymatic activities did not change after a vehicle-injection and did not show any differences between capillaries of both the cortexes before the ADP-injection. One hr after the ADP, GT and CCO activities decreased significantly in the capillaries of injection side. MAO activity also reduced without significance. The other enzymes did not show significant changes in their activities. Although pNPPase and AC which are associated with inner surface of plasma membrane were preserved well, activity of GT which is associated with outer portion of the membrane decreased significantly. It suggests superficial luminal injury and that plasma membrane might be affected from the side of vascular lumen. Reduced CCO activity suggests that disturbance in BBB is probably related to the increase in vesicular transportation and/or energy failure. Reduction of MAO activity indicates that damages to mitochondria exist in the capillaries. Cerebral blood vessels are prone to damage by released substances from activated platelet in vivo.