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
批准号:
21471025
项目类别:
面上项目
资助金额:
85.0 万元
负责人:
孙英姬
依托单位:
学科分类:
B0702.生物分子的化学生物学
结题年份:
2018
批准年份:
2014
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
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中文摘要
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。
英文摘要
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。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
Catalytic dioxygenation of flavonol by M-II-complexes (M = Mn, Fe, Co, Ni, Cu and Zn) - mimicking the M-II-substituted quercetin 2,3-dioxygenase
M-II 复合物(M = Mn、Fe、Co、Ni、Cu 和 Zn)催化黄酮醇双加氧 - 模拟 M-II 取代的槲皮素 2,3-双加氧酶
DOI:10.1039/c5dt01760b
发表时间:2015
期刊:Dalton Transactions
影响因子:4
作者:Sun Ying-Ji;Huang Qian-Qian;Li Pei;Zhang Jian-Jun;Sun YJ
通讯作者:Sun YJ
Set of Fe(II)-3-Hydroxyflavonolate Enzyme−Substrate Model Complexes of Atypically Coordinated Mononuclear Non-Heme Fe(II)-Dependent Quercetin 2,4-Dioxygenase
Fe(II)-3-羟基黄酮酸酶 — 非典型协调单核非血红素 Fe(II) 依赖性槲皮素 2,4-双加氧酶的底物模型复合物组
DOI:10.1021/acsomega.7b00927
发表时间:2017
期刊:ACS Omega
影响因子:4.1
作者:Ying-Ji Sun;Qian-Qian Huang;Jian-Jun Zhang
通讯作者:Jian-Jun Zhang
Heterometallic Hexanuclear [Ln4Cr2] Cluster-Based Three-Dimensional Sulfate Frameworks as a Magnetic Refrigerant and Single Molecular Magnet
异金属六核[Ln4Cr2]簇基三维硫酸盐骨架作为磁性制冷剂和单分子磁体
DOI:10.1021/acs.cgd.8b00966
发表时间:2018-12-01
期刊:CRYSTAL GROWTH & DESIGN
影响因子:3.8
作者:Li, Zhong-Yi;Zhang, Jian-Jun;Zhai, Bin
通讯作者:Zhai, Bin
2D metal-organic networks based on asymmetric hexa-carboxylates and tetra-carboxylates ligands: A microporous Cl-pillared anionic bilayer and a neutral (4,8)-net
基于不对称六羧酸盐和四羧酸盐配体的二维金属有机网络:微孔氯柱阴离子双层和中性(4,8)网
DOI:10.1016/j.ica.2015.09.014
发表时间:2015-11-01
期刊:INORGANICA CHIMICA ACTA
影响因子:2.8
作者:Di, Ling;Liu, Shu-Qin;Zhang, Jian-Jun
通讯作者:Zhang, Jian-Jun
Dioxygenation of Flavonol Catalyzed by Copper(II) Complexes Supported by Carboxylate-Containing Ligands: Structural and Functional Models of Quercetin 2,4-Dioxygenase
含羧酸配体支持的铜 (II) 配合物催化黄酮醇的双加氧:槲皮素 2,4-双加氧酶的结构和功能模型
DOI:10.1002/ejic.201700245
发表时间:2017
期刊:European Journal of Inorganic Chemistry
影响因子:2.3
作者:Ying-Ji Sun;Pei Li;Qian-Qian Huang;Jian-Jun Zhang;Shinobu Itoh
通讯作者:Shinobu Itoh
栎精2,3-双加氧酶活化分子氧的生物模拟及其应用
- 批准号:20771020
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:25.0万元
- 批准年份:2007
- 负责人:孙英姬
- 依托单位:
栎精2,3-双加氧酶的生物模拟及其应用
- 批准号:20641002
- 项目类别:专项基金项目
- 资助金额:8.0万元
- 批准年份:2006
- 负责人:孙英姬
- 依托单位:
国内基金
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