Heme-Dependent Chemistry in Aromatic Oxidation

芳香族氧化中血红素依赖性化学

基本信息

  • 批准号:
    10819008
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 6.53万
  • 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

项目摘要

Abstract of the Parent Research Project 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.
家长研究项目的摘要 含血红素的酶无处不在,有助于各种过程并催化庞大的阵列 氧化化学。组氨酸绑扎的血红素酶,例如血红素依赖性芳族 氧合酶(HDAO)超家族可以使用分子氧或过氧化氢来氧化其 基材。目前尚不清楚的是使这些酶与 它们各自的特异性,即,在生成关键的活性氧化剂之后,单一反应如何 类型催化?这个问题的答案将扩大我们对酶的基本理解 催化,从头酶设计和蛋白质工程。该应用集中于结构 HDAO超家族的三种芳族氧化酶的机械表征 在天然产物和抗菌药物生物合成中,包括带有吡咯部分或A的抗生素 核心喹酮结构。这些酶在次级的生物合成途径中起着重要的作用 在许多具有生物活性的天然产物和药物铅化合物中发现的代谢产物。我们的 主要目标是了解控制其羟基化机制的关键因素及其 与这些酶形成氧化中间体的不同策略。我们利用了广泛的 使用这些酶机制的复杂分子细节的方法光谱 非规范氨基酸,底物类似物,时间分辨的UV-VIS和EPR光谱,动力学,动力学, 和同位素标记的研究,我们已经成功地捕获了途径反应 中间体在Crystallo中。拟议的工作将检验我们关于i)基于血红素的假设 产生氧化剂,ii)氧气如何将氧气定向到底物,ii)揭示了结构因素 影响催化。拟议的研究的结果是对这三个相关的深入了解 催化系统有助于开发脚手架,以进行理性的药物设计和发现过程。

项目成果

期刊论文数量(37)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Radical Trapping Study of the Relaxation of bis-Fe(IV) MauG.
双-Fe(IV) MauG 弛豫的自由基捕获研究。
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通过晶状体观察 3-羟基邻氨基苯甲酸-3,4-双加氧酶的作用
Structural insights into the half-of-sites reactivity in homodimeric and homotetrameric metalloenzymes
  • DOI:
    10.1016/j.cbpa.2023.102332
  • 发表时间:
    2023-06-01
  • 期刊:
  • 影响因子:
    7.8
  • 作者:
    Nguyen,Romie C.;Stagliano,Cassadee;Liu,Aimin
  • 通讯作者:
    Liu,Aimin
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What is the tryptophan kynurenine pathway and why is it important to neurotherapeutics?
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