生物酶作用下多氯联苯的降解机理研究

批准号:
21577082
项目类别:
面上项目
资助金额:
70.0 万元
负责人:
张庆竹
依托单位:
学科分类:
B0601.理论环境化学
结题年份:
2019
批准年份:
2015
项目状态:
已结题
项目参与者:
李延伟、唐晓文、史祥利、张瑞明、黄子晓
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中文摘要
多氯联苯(PCBs)是一类典型的持久性有机污染物(POPs),已被首批列入《斯德哥尔摩公约》POPs的黑名单中。PCBs具有致癌、致畸、致突变效应及环境内分泌干扰效应。多氯联苯在工业上的广泛应用,已造成全球性环境污染,PCBs也是我国优先控制污染物之一。多氯联苯可在各种环境介质中降解,转化成安全无毒或毒性较低的产物,但也可能生成毒性更强、更稳定的二次污染物如二噁英。本项目拟采用量子化学计算与分子模拟(QM/MM)组合方法研究多氯联苯在生物酶作用下的降解,从分子水平上探讨其结构信息、降解机理、中间产物等;研究酶活性中心部位氨基酸对速控步骤的影响,尤其查明对速控步骤有抑制作用的氨基酸,有针对性的进行突变,构建更为高效的降解酶;将PCBs结构与其宏观的环境行为进行关联,建立多氯联苯降解性能预测模型。期望通过本项目的研究为有效控制多氯联苯污染乃至为我国履行POPs国际公约提供理论依据和科技支撑。
英文摘要
Phlorinated biphenyls (PCBs) are considered as typical persistent organic pollutants (POPs) and listed by the international Stockholm Convention as POPs. PCBs have carcinogenic,teratogenic,mutagenic and endocrine disrupting effects. Due to their widespread use, serious environmental problems are emerging, and they are among the priority pollutants in China. PCBs could degrade under various environmental conditions and transform to nontoxic or less toxic compounds. But some of them may also transform to more toxic second polltants such as dioxins. This project will study the degradation of PCBs with the aid of enzyme by using the quantum calculation and molecular simulation. The geometrical parameters, degradation mechanism and intermediates will be obtained from the molecular level. This project will also study the influence of the active center of enzyme, amino acid, on the rate determining step of the degradation processes. Especially, the amino acids, which depress the rate determining step, will be identified. And, this project will find more effective enzymes by means of mutation. This project will associate the structures of PCBs with their enviromental actions and construct the degradation model of PCBs. We hope that this project will help to develop more effective control strategies of PCBs and be of practical value for the international Stockholm Convention.
本项目依照申请书按计划执行并且已完成预期目标,采用量子力学和分子力学组合方法,辅以适当的实验验证,研究了多氯联苯在生物酶作用下的降解机理,阐明了多氯联苯在非血红素铁双加氧酶(BphA)、联苯脱氢酶(BphB)、多氯联苯非血红素铁双加氧化酶(BphC)、酰胺水解酶(LigY)等生物酶作用下的降解机理,结构信息、反应路径、转化过程、中间产物等,获得了典型新型有机污染物降解过程中关键基元过程的速率常数,明确了外部环境因素对降解机理的影响,构建了多氯联苯结构对反应活性和降解机理的影响模型。通过氨基酸静电影响分析等突变手段明确了生物酶活性中心氨基酸对酶催化反应的影响,提出潜在的突变靶点以获取更为高效的多氯联苯降解剂或降解酶。研究结果为评估多氯联苯对环境的影响及污染控制与修复提供新的研究方法和理论依据。研究成果将多氯联苯结构与其宏观的环境行为进行关联,为更好地理解多氯联苯在环境中的反应活性、清除规律,以及通过本项目的研究为有效控制多氯联苯污染乃至为我国履行POPs国际公约提供理论依据和科技支撑.项目预期发表SCI论文10-14篇,其中3.0以上的文章8-10篇。本项目截止目前共发表SCI论文17篇,其中发表影响因子5.0以上的SCI论文6篇,影响因子3.0以上论文12篇。项目执行期间,负责人及项目成员共参加国内外专业学术会议10余人次。负责人于2018年获评山东省泰山学者特聘专家称号,于2019年获得俄罗斯Petryanov Gold Medal奖(该奖于2011年由俄罗斯化学家联盟成立,以Petryanov院士命名,旨在表彰物理和应用化学领域的杰出学者,目前获奖50人左右,其中包括7名俄罗斯科学院院士,17名国家奖获得者)。负责人还分别于2016、2018、2019年获得山东省高等学校科学技术一等奖 (排名第一)、山东省高等科学技术奖三等奖(排名第一)以及山东省优秀研究生指导教师称号。
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
QM/MM study of the reaction mechanism of Cl-cis,cis-muconate with muconate lactonizing enzyme
Cl-cis,cis-muconate与muconate内酯化酶反应机理的QM/MM研究
DOI:10.1016/j.bioorg.2018.05.007
发表时间:2018
期刊:Bioorganic Chemistry
影响因子:5.1
作者:Zhu Ledong;Tang Xiaowen;Li Yanwei;Zhang Ruiming;Wang Junjie;Zhang Qingzhu;Wang Wenxing
通讯作者:Wang Wenxing
Degradation mechanism for Zearalenone ring-cleavage by Zearalenone hydrolase RmZHD: A QM/MM study
玉米赤霉烯酮水解酶 RmZHD 裂解玉米赤霉烯酮的降解机制:QM/MM 研究
DOI:10.1016/j.scitotenv.2019.135897
发表时间:2020-03-20
期刊:SCIENCE OF THE TOTAL ENVIRONMENT
影响因子:9.8
作者:Zhou, Jie;Zhu, Ledong;Wang, Wenxing
通讯作者:Wang, Wenxing
Computational Evidence for the Enzymatic Transformation of 2-Hydroxypropylphosphonate to Methylphosphonate
2-羟丙基膦酸酯酶促转化为甲基膦酸酯的计算证据
DOI:10.1021/acsearthspacechem.8b00070
发表时间:2018
期刊:ACS EARTH AND SPACE CHEMISTRY
影响因子:3.4
作者:Li Y.;Wang X.;Zhang R.;Wang J.;Yang Z.;Du L.;Tang X.;Zhang Q.;Wang W.
通讯作者:Wang W.
Insights into the catalytic mechanism of dehydrogenase BphB: A quantum mechanics/molecular mechanics study
深入了解脱氢酶 BphB 的催化机制:量子力学/分子力学研究
DOI:10.1016/j.chemosphere.2018.05.063
发表时间:2018
期刊:Chemosphere
影响因子:8.8
作者:Zhang Ruiming;Shi Xiangli;Sun Yanhui;Zhang Qingzhu;Wang Wenxing
通讯作者:Wang Wenxing
Mechanism and kinetic properties of OH-initiated atmospheric oxidation degradation of methamidophos in the presence of O-2/NO
O-2/NO 存在下 OH 引发甲胺磷大气氧化降解的机理和动力学特性
DOI:10.1016/j.cplett.2016.03.036
发表时间:2016
期刊:Chemical Physics Letters
影响因子:2.8
作者:Shi Xiangli;Zhang Ruiming;Zhang Qingzhu;Wang Wenxing
通讯作者:Wang Wenxing
基于多尺度计算与大数据技术的VOCs氧化促进海洋二次颗粒物形成机理研究
- 批准号:22236004
- 项目类别:重点项目
- 资助金额:280万元
- 批准年份:2022
- 负责人:张庆竹
- 依托单位:
Criegee自由基与有机胺的反应及其产物参与新粒子形成的机理研究
- 批准号:42075106
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:59万元
- 批准年份:2020
- 负责人:张庆竹
- 依托单位:
卤代烃类挥发性有机污染物的非均相转化机理模拟研究
- 批准号:21876102
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:66.0万元
- 批准年份:2018
- 负责人:张庆竹
- 依托单位:
新型有机污染物降解机理的量子化学计算与分子模拟
- 批准号:21337001
- 项目类别:重点项目
- 资助金额:300.0万元
- 批准年份:2013
- 负责人:张庆竹
- 依托单位:
QM/MM方法研究生物酶作用下典型有机农药的降解机理
- 批准号:21177077
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:65.0万元
- 批准年份:2011
- 负责人:张庆竹
- 依托单位:
大气环境中典型有机农药的降解机理
- 批准号:20977059
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:36.0万元
- 批准年份:2009
- 负责人:张庆竹
- 依托单位:
大气环境中萜烯形成二次有机气溶胶的理论研究
- 批准号:20777047
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:28.0万元
- 批准年份:2007
- 负责人:张庆竹
- 依托单位:
致癌性多环芳烃在大气中化学转化的微观机制
- 批准号:20507013
- 项目类别:青年科学基金项目
- 资助金额:25.0万元
- 批准年份:2005
- 负责人:张庆竹
- 依托单位:
国内基金
海外基金
