Electronic structure studies of flavin radicals
Electronic structure studies of flavin radicals
批准号:
169991991
负责人:
Professor Dr. Stefan Weber
金额:
$0.0万
依托单位国家:
德国
项目类别:
Research Grants
财政年份:
2010
资助国家:
德国
项目状态:
已结题
起止时间:
2009-12-31 至 2017-12-31
中文摘要
生物化学和生物物理学中最基本的问题之一是,如何通过载脂蛋白对辅酶的调节来实现特定催化反应的辅因子特异性。因此,未配对电子自旋密度是探测芳族辅助因子自由基态前沿轨道的重要物理量。通过这种方法,可以评估电子结构的贡献。电子顺磁共振(EPR)和基于电子-核双共振(ENDOR)或超精细亚能级相关(HYSCORE)光谱等方法观察到的超精细耦合常数是由磁性原子核位置或附近的电子自旋密度决定的。在这个项目中,我们力求尽可能完整地绘制出直接构成黄素辅因子的pi-环系统的原子的超精细映射,特别是碳和氮。以前的文献报道大多依靠与7,8-二甲基异alloxazine环结合的质子的超精细耦合来得出顺磁性黄素电子结构的间接结论。利用选择性13C-和15n标记的黄素辅酶同位素库,我们应用脉冲EPR方法直接绘制了各种蛋白质(光解酶,趋光素的LOV2结构域,黄氧还蛋白)中黄素半醌的pi-环系统的超精细结构。在项目扩展中,我们将努力使用混合量子力学/分子力学(QM/MM)计算对超精细映射进行复杂的理论分析。我们期望从结果中预测,哪些特定的蛋白质-辅因子相互作用对未配对电子自旋密度的功能特异性分布至关重要,这些分布反映在超精细耦合的大小和各向异性中。
英文摘要
One of the most fundamental questions in biochemistry and biophysics is, how cofactor specificity is achieved for a particular catalytic reaction via the modulation of the coenzyme by the apoprotein. To this end, the unpaired electron-spin density is an important physical quantity to probe frontier orbitals of aromatic cofactors in their radical state. By such an approach, the contribution of electronic structure may be evaluated. Hyperfine coupling constants as observed by electron paramagnetic resonance (EPR) and thereupon-based methods, such as electron-nuclear double resonance (ENDOR) or hyperfine sublevel correlation (HYSCORE) spectroscopy, are determined by the electron-spin densities at or near the positions of magnetic nuclei. In this project we strive for an as complete as possible hyperfine mapping of the atoms directly composing the pi-ring system of the ubiquitously encountered flavin cofactor, specifically, of the carbons and the nitrogens. Previous reports in the literature mostly relied on presenting hyperfine couplings of protons bound to the 7,8-dimethyl isoalloxazine ring to draw, rather indirect, conclusions on the electronic structure of paramagnetic flavins. Using a library of selectively 13C- and 15N-labeled flavin coenzyme isotopologs, we have applied pulsed EPR methods to directly map the hyperfine structure of the pi-ring system of flavin semiquinones in various proteins (photolyase, LOV2 domain of phototropin, flavodoxin) that stabilize the neutral radical form. In the project extension, we will strive for sophisticated theoretical analyses of the hyperfine mappings using hybrid quantum-mechanical/molecular-mechanical (QM/MM) computations. We expect from the results to predict, which specific protein-cofactor interactions are critical for the function-specific distribution of unpaired electron-spin density that is reflected in the size and anisotropy of hyperfine couplings.
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会议论文
Long-Lived Hydrated FMN Radicals: EPR Characterization and Implications for Catalytic Variability in Flavoproteins.
长寿命水合 FMN 自由基:EPR 表征及其对黄素蛋白催化变异性的影响
DOI:
10.1021/jacs.8b07544
发表时间:
2018
期刊:
Journal of the American Chemical Society
影响因子:
15
作者:
[A. Rostas, C. Einholz, B. Illarionov, L. Heidinger, T. Al Said, A. Bauss, M. Fischer, A. Bacher, S. Weber, E. Schleicher]
通讯作者:
E. Schleicher
Methyl groups matter: Photo-CIDNP characterizations of the semiquinone radicals of FMN and demethylated FMN analogs.
甲基很重要:FMN 和去甲基化 FMN 类似物的半醌自由基的 Photo-CIDNP 表征
DOI:
10.1063/1.5130557
发表时间:
2019
期刊:
The Journal of chemical physics
影响因子:
--
作者:
[N. Pompe, J. Chen, B. Illarionov, S. Panter, M. Fischer, A. Bacher, S. Weber]
通讯作者:
S. Weber
Coupled Methyl Group Rotation in FMN Radicals Revealed by Selective Deuterium Labeling.
选择性氘标记揭示 FMN 自由基中的耦合甲基旋转
DOI:
10.1021/acs.jpcb.9b11331
发表时间:
2020
期刊:
The journal of physical chemistry. B
影响因子:
--
作者:
[Richard, Illarionov, Heidinger, Lorenz, Ryu-Ryun, Fischer, Markus, Stefan, Bacher, Adelbert, Robert, Schleicher]
通讯作者:
Schleicher
Messung des Downside Risk: Theorie und Implementierung
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批准号:168142155
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项目类别:Research Grants
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资助金额:$0.0万
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财政年份:2010
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负责人:Professor Dr. Stefan Weber
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依托单位:
国内基金
海外基金
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Rh-N4位点催化醇类氧化反应的微观机制与构效关系研究
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批准号:22302208
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项目类别:青年科学基金项目
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批准年份:2023
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依托单位:
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批准号:32000423
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项目类别:青年科学基金项目
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资助金额:24.0万元
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批准年份:2020
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依托单位:
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批准年份:2020
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骨髓间充质干细胞成骨成脂分化过程中染色质三维构象改变与转录调控分子机制研究
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项目类别:地区科学基金项目
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