Heme-Dependent Chemistry in Tyrosine Oxidation
酪氨酸氧化中血红素依赖性化学
基本信息
- 批准号:10799188
- 负责人:
- 金额:$ 8.33万
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:
- 财政年份:2014
- 资助国家:美国
- 起止时间:2014-08-01 至 2026-08-31
- 项目状态:未结题
- 来源:
- 关键词:AcidsAffectAmino AcidsAnabolismAntibioticsAntineoplastic AgentsAromatic CompoundsBindingBiochemistryBiogenesisBiologicalBiological ProcessCatabolismCatalysisCationsChemicalsChemistryCrystallographyDevelopmentDioxygenasesDistalDrug DesignElectron Spin Resonance SpectroscopyEnvironmentEnzymesFamilyFundingGenerationsGeneticGoalsHealthHemeHemeproteinsHistidineHumanHydrogen PeroxideHydroxylationIn SituIsotope LabelingKineticsKnowledgeLeadLearningLigationMetabolismMixed Function OxygenasesMolecularMonitorNatural ProductsOutcomeOxidantsOxidation-ReductionOxygenOxygenasesPathway interactionsPharmacologic SubstancePlayPorphyrinsProcessPropertyProtein EngineeringProteinsQuinonesReactionRegulationRoentgen RaysRoleRotationSiteSourceSpecificitySpectrum AnalysisStructureSystemTemperatureTestingTimeTryptophanTyrosineVisitWorkanaloganti-cancerantimicrobial drugbasecatalystchemical reactioncofactordesigndopaquinonedrug developmentdrug discoveryenzyme mechanismheme ainsightmembermillisecondnatural antimicrobialnoveloxidationpyrrolinerecruitscaffoldsecondary metabolitestructural determinantsthioetherx-ray free-electron laser
项目摘要
Heme-Dependent Chemistry in Aromatic Oxidation
Abstract
Heme-containing enzymes are ubiquitous, contributing to various processes and catalyzing a vast array of
oxidative chemistries. Histidine-ligated heme enzymes, such as the heme-dependent aromatic oxygenase
(HDAO) superfamily, can use either molecular oxygen or hydrogen peroxide to oxidize their substrates. What is
currently not understood are the molecular factors that engender these enzymes with their respective specificities,
i.e., after generation of the critical active oxidant, how is a single reaction type catalyzed? The answer to this
question will broaden our fundamental understanding of enzyme catalysis, de novo enzyme design, and protein
engineering. This application focuses on the structural and mechanistic characterization of three aromatic-
oxidizing enzymes of the HDAO superfamily involved in natural product and antimicrobial drug biosynthesis,
including antibiotics with a pyrroline moiety or a core quinone structure. These enzymes play essential roles in
the biosynthetic pathway of secondary metabolites found in many biologically active natural products and
pharmaceutical lead compounds. Our primary goal is to understand the key factors that govern their
hydroxylation mechanisms and their differing strategies to form oxidizing intermediates with these enzymes. We
have utilized a broad spectrum of approaches to probe the intricate molecular details of these enzyme
mechanisms using noncanonical amino acids, substrate analogs, time-resolved UV-vis and EPR spectroscopies,
kinetics, and isotope-labeling studies, and we have been successful in trapping on-pathway reaction
intermediates in crystallo. The proposed work will test our hypotheses regarding i) how the heme-based oxidant
is generated, ii) how oxygen is directed to the substrate, and iii) unravel the structural factors that affect catalysis.
The outcome of the proposed studies is an in-depth understanding of these three related catalytic systems to
aid the development of scaffolds for rational drug design and discovery processes.
芳族氧化中的血红素依赖性化学
抽象的
含血红素的酶无处不在,有助于各种过程,并催化大量
氧化化学。组氨酸绑扎的血红素酶,例如血红素依赖性芳族氧酶
(HDAO)超家族可以使用分子氧或过氧化氢来氧化其底物。是什么
目前尚不清楚的是使这些酶及其各自特异性的分子因素,
即,在生成关键的活性氧化剂之后,如何催化单一反应类型?答案
问题将扩大我们对酶催化,从头设计和蛋白质的基本理解
工程。该应用的重点是三个芳香族的结构和机械表征
HDAO超家族的氧化酶参与天然产物和抗菌药物生物合成,
包括具有吡咯部分部分或核心喹酮结构的抗生素。这些酶在
在许多生物活性天然产物中发现的继发代谢产物的生物合成途径,
药物铅化合物。我们的主要目标是了解控制他们的关键因素
与这些酶形成氧化中间体的羟基化机制及其不同的策略。我们
已经利用广泛的方法来探测这些酶的复杂分子细节
使用非规范氨基酸,底物类似物,时间分辨的UV-VIS和EPR光谱的机制,
动力学和同位素标记的研究,我们已经成功地捕获了车道反应
中间体在Crystallo中。提出的工作将测试我们关于i)基于血红素的氧化剂的假设。
生成,ii)氧气如何针对底物,iii)揭示影响催化的结构因子。
拟议研究的结果是对这三个相关催化系统的深入了解
协助开发脚手架的理性药物设计和发现过程。
项目成果
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