2His-COO、3His及3His-COO等不同活性中心的单核非血红素亚铁酶活化分子氧的生物模拟及其结构和功能的相关性

基本信息
批准号:21471025
项目类别:面上项目
资助金额:85.00
负责人:孙英姬
学科分类:
依托单位:大连理工大学
批准年份:2014
结题年份:2018
起止时间:2015-01-01 - 2018-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:黄倩倩,汲长艳,江华,张可,李培,林浩,王敬丽
关键词:
结构和功能的相关性不同的活性中心生物模拟分子氧的活化单核非血红素亚铁酶
结项摘要

Mononuclear non-heme-Fe(II) enzymes (MNHEs) activate molecular oxygen to catalyze an impressive variety of enzymatic reactions by the oxidative C-C bond cleavage of the substrates. The active sites of the typical MNHEs have a 2His-carboxylate (Glu/Asp) "facil traid", for example, 4-hydroxyphenylpyruvate dioxygenase (HPPD). Recently, some MNHEs having a Fe(II) centers atypically coordinated with 2His, 3His (β-diketone dioxygenase, Dke1)), 3His-COO (quercetin 2,3-dioxygenase, 2,3-QD and iron acireductone dioxygenase, Fe-ARD) and 4His were also found. The Dek1 (3His) shows some substrate promiscuity, it displays some activity for 4-hydroxyphenylpyruvate (HPP) (the native substrate of HPPD (2His-COO)) and maltol (the derivates of the substrate of 2,3-QD (3His-COO)). Although these MNHEs have some structural flexibility of the active site and substrate promiscuity, their catalytic roles as well as the structure-function relationship are not clear yet. In order to get insights into the catalytic roles and the structure-function relationship among 2His, 2His-COO, 3His, 3His-COO and 4His Fe(II) active site MNHEs, we will design and synthesize a series of Fe(II)-complexes supported by the 2N, 2N-COO, 3N, 3N-COO and 4N model ligands as structural and functional models for these MNHEs. Details of their structures, spectroscopic features, redox properties, reactivity toward their common substrate (HPP and maltol) and dioxygen as well as the structure-property-reactivity relationship will be investigated. This study will provide important insights into the role of dioxygen activation, the catalytic role of these MNHEs, and the structure-function relationship among them.

单核非血红素亚铁酶(MNHEs)可活化利用分子氧氧化断裂底物的C-C键来催化各种不同的反应。典型的MNHEs活性中心由2His-COO与Fe(II)面式配位,如α-丙酮酸双加氧酶(HPPD)。但最近也发现了具有2His、3His(β-二酮双加氧酶,Dke1)、3His-COO(栎精2,3-双加氧酶, 2,3-QD和含铁酸式还原酮双加氧酶, Fe-ARD)及4His活性中心的MNHEs。活性中心为3His的Dke1对2His-COO和3His-COO的酶的底物也有活性。虽然这些酶具有活性中心结构上的柔性和底物的多样性,但对它们的催化机理和结构与功能的相关性却知之甚少。本项目旨弄清这些酶的结构和功能的相关性,通过对精心设计的2N、2N-COO、3N、3N-COO及4N模型配体的Fe(II)模型配合物与其共同底物和分子氧的反应性的系统研究,在分子水平上阐明它们的催化反应机理和结构与功能的相关性。

项目摘要

单核非血红素亚铁酶(MNHEs)可活化利用分子氧氧化断裂底物的C-C键来催化各种不同的反应。典型的MNHEs活性中心由2His-COO与Fe(II)面式配位,如4-羟基-α-苯丙酮酸双加氧酶(HPPD)。但最近也发现了具有3His(β-二酮双加氧酶, Dke1)、3His-COO(栎精2,4-双加氧酶, 2,4-QD和含铁酸式还原酮双加氧酶, Fe-ARD)及4His活性中心的MNHEs。3His活性中心的Dke1对2His-COO和3His-COO活性中心酶的底物也有活性。虽然这些酶具有活性中心结构上的柔性和底物的多样性,但对其催化反应机理和活性中心结构与功能的相关性知之甚少。本项目旨在分子水平上阐明2His-COO、3His、3His-COO及4His不同活性中心MNHEs的催化反应机理和活性中心结构和功能的相关性为目的,设计、合成和表征了吡啶和咪唑系列2N-COO、3N、3N-COO及4N多吡啶苯胺/多吡啶胺基苯甲酸模型配体及其邻位苯甲酸羧基对位/间位或苯环对位引入不同取代基(R: OMe, Me, H, Br, NO2)的一系列模型配体LnR,这些酶的共同模型底物及其1个苯环对位引入不同取代基(OH/OMe, Me, H, Br, NO2)的一系列不对称模型底物SnR,以及相应的M(II) (Fe, Mn, Co, Ni, Cu, Zn)模型配合物,并系统研究了其结构、性质、与分子氧和底物的反应性及其催化反应机理、分子氧的活化机理以及活性中心结构-性质-功能的相关性,得到了一些重要的研究结果和结论。首次用ESR捕获到了[LCuI(fla")]活性中间体的信号,为该活性中间体的存在提供了直接的实验证据,对2,4-QD分子氧的活化机理这一存在争论的问题提供了佐证。该研究不仅为在分子水平上阐明这些酶的催化反应机理和活性中心结构与功能的相关性,而且为开发高效、高选择性、廉价绿色Bio-inspired人工酶、抗氧化剂、生物医药等方面提供依据。有关2His-COO、3His、3His-COO及4His不同活性中心MNHEs的结构和功能的相关性方面的研究尚未见报道。

项目成果
{{index+1}}

{{i.achievement_title}}

{{i.achievement_title}}

DOI:{{i.doi}}
发表时间:{{i.publish_year}}

暂无此项成果

数据更新时间:2023-05-31

其他相关文献

1

演化经济地理学视角下的产业结构演替与分叉研究评述

演化经济地理学视角下的产业结构演替与分叉研究评述

DOI:10.15957/j.cnki.jjdl.2016.12.031
发表时间:2016
2

玉米叶向值的全基因组关联分析

玉米叶向值的全基因组关联分析

DOI:
发表时间:
3

一种光、电驱动的生物炭/硬脂酸复合相变材料的制备及其性能

一种光、电驱动的生物炭/硬脂酸复合相变材料的制备及其性能

DOI:10.16085/j.issn.1000-6613.2022-0221
发表时间:2022
4

主控因素对异型头弹丸半侵彻金属靶深度的影响特性研究

主控因素对异型头弹丸半侵彻金属靶深度的影响特性研究

DOI:10.13465/j.cnki.jvs.2020.09.026
发表时间:2020
5

低轨卫星通信信道分配策略

低轨卫星通信信道分配策略

DOI:10.12068/j.issn.1005-3026.2019.06.009
发表时间:2019

孙英姬的其他基金

批准号:20771020
批准年份:2007
资助金额:25.00
项目类别:面上项目
批准号:20641002
批准年份:2006
资助金额:8.00
项目类别:专项基金项目

相似国自然基金

1

新型手性非血红素模拟酶及其分子氧活化的不对称催化作用

批准号:21871093
批准年份:2018
负责人:肖元晶
学科分类:B0111
资助金额:64.00
项目类别:面上项目
2

Hmd氢化酶辅酶的单核铁活性中心的模拟研究

批准号:20871064
批准年份:2008
负责人:刘小明
学科分类:B0702
资助金额:35.00
项目类别:面上项目
3

模拟释氧酶中金属活性中心的构建及其催化活性研究

批准号:20271041
批准年份:2002
负责人:李珺
学科分类:B0102
资助金额:22.00
项目类别:面上项目
4

镍铁氢化酶活性中心模拟化合物的设计、结构及功能研究

批准号:29971017
批准年份:1999
负责人:程鹏
学科分类:B0102
资助金额:13.00
项目类别:面上项目