Non-Heme Iron(II)-Nitroxyl Complexes: Modeling Key Intermediates in Nitric Oxide Reductases

非血红素铁 (II)-硝酰基复合物:模拟一氧化氮还原酶中的关键中间体

基本信息

项目摘要

With this award, the Chemistry of Life Processes Program in the Chemistry Division is funding Dr. Nicolai Lehnert from the University of Michigan to study how the molecule nitric oxide is broken down by bacteria. Nitric oxide (NO) is a simple but very important molecule in human physiology as it is involved in the control of blood pressure and serves as a key immune defense agent. However, some bacteria have evolved defenses against this molecule by using certain enzymes which destroy it. This project is working toward understanding the fundamental mechanism by which these enzymes are able to break down NO. The fundamental understanding of the chemistry that these bacterial enzymes catalyze is contributing to the effort to find new cures against drug resistant bacterial infections. In addition, this project is training graduate and undergraduate students in chemical synthesis, analytical characterization techniques, advanced spectroscopic methods, and how to approach and solve scientific problem). These are all valuable skills for students when they enter the job market. Finally, outreach with Cass Technical High School in Detroit is integrated in to this project by allowing underrepresented minority high school students to work in the Lehnert laboratory over the summer and obtain research experience. This research project is aimed at using model complexes for the active site of flavodiiron nitric oxide reductases (FNORs) to map out potential chemical pathways of how NO reduction can be accomplished by non-heme diiron sites. In previous work, the Lehnert group prepared the first functional model complex, which forms the basis for the current mechanistic studies. Using spectroscopic and kinetic studies, coupled to DFT calculations, the researchers determine the molecular mechanism by which this complex catalyzes the NOR reaction. By preparing suitable derivatives of this species, they define the geometric and electronic requirements for efficient NO reduction and N2O generation by non-heme diiron active sites in general, and further explore different mechanistic possibilities. These studies ultimately identify chemically feasible pathways for NO reduction in FNORs and provide fingerprints of important intermediates of this reaction. The research group performs detailed reactivity studies on this model system in order to gain a better understanding of how non-heme (high-spin) iron(II)-nitroxyl complexes could be involved in NOR catalysis and, potentially, HNO biosynthesis.
有了这个奖项,化学部的生命过程化学计划正在资助密歇根大学的Nicolai Lehnert博士研究一氧化氮分子如何被细菌分解。一氧化氮(NO)是一种简单但在人体生理学中非常重要的分子,因为它参与控制血压并作为关键的免疫防御剂。然而,一些细菌已经进化出了防御这种分子的能力,它们使用某些酶来破坏它。本项目致力于了解这些酶能够分解NO的基本机制。对这些细菌酶催化的化学反应的基本了解有助于找到新的治疗耐药细菌感染的方法。此外,该项目还培训研究生和本科生化学合成,分析表征技术,先进的光谱方法,以及如何接近和解决科学问题)。这些都是学生进入就业市场时的宝贵技能。最后,推广与卡斯技术高中在底特律被整合到这个项目中,允许代表性不足的少数民族高中学生在Lehnert实验室工作,在夏天,并获得研究经验。 本研究项目的目的是使用模型复合物的活性部位的flavodiiron一氧化氮还原酶(FNORs),绘制出潜在的化学途径,如何NO还原可以完成非血红素二铁网站。在以前的工作中,Lehnert小组准备了第一个功能模型复合物,这构成了目前机制研究的基础。利用光谱和动力学研究,结合DFT计算,研究人员确定了这种复合物催化NOR反应的分子机制。通过制备合适的衍生物的这种物种,他们定义的几何和电子的要求,有效的NO还原和N2 O生成的非血红素二铁活性位点一般,并进一步探索不同的机制的可能性。这些研究最终确定了FNORs中NO还原的化学可行途径,并提供了该反应重要中间体的指纹图谱。研究小组对该模型系统进行了详细的反应性研究,以更好地了解非血红素(高自旋)铁(II)-硝酰基复合物如何参与NOR催化和潜在的HNO生物合成。

项目成果

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知道了