Polynuclear iron complexes as functional mimics of the nitrogenase FeMo-cofactor
多核铁配合物作为固氮酶 FeMo 辅因子的功能模拟物
基本信息
- 批准号:9982407
- 负责人:
- 金额:$ 31.45万
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:
- 财政年份:2011
- 资助国家:美国
- 起止时间:2011-09-15 至 2022-07-31
- 项目状态:已结题
- 来源:
- 关键词:Active SitesAddressAlkanesBehaviorBindingBiologicalBiological ProcessChemical ActionsChemistryCluster AnalysisCoenzymesComplexCouplingCysteineDependenceDevelopmentElectronsEnzymesFaceFluorescenceFundingGoalsHomoIndividualIonsIronLaboratoriesLifeLigandsLightMeasuresMediatingMetal Binding SiteMetalsMethaneMethodologyMindModelingMolecularMolybdenumMolybdoferredoxinMononuclearMultinuclear NMRMutagenesisNatureNitrogenNitrogen FixationNitrogenaseNylonsOxidation-ReductionPair BondPathway interactionsProcessReactionResearchRoentgen RaysRoleSeriesSiteStructural ModelsStructureStudy modelsSulfidesSurfaceSurveysSystemTechniquesTestingTheoretical modelVariantX ray diffraction analysisabsorptionadductanalogbasecofactordiazeneelectronic structureflexibilityfunctional mimicsinterstitialmetalloenzymeoxidationsample fixationsmall moleculeuptake
项目摘要
Project Summary: Functional models of the polynuclear nitrogen-fixing enzyme cofactors
Nitrogen entry into the biosphere is the rate-limiting step for all biological processes, and therefore, life itself.
Dinitrogen reduction occurs at polynuclear metalloenzymes called nitrogenase. The reaction center of the
Molybdenum-containing enzyme consists of a cysteine ligated MoFe7S7 cofactor (FeMoco) where dinitrogen
fixation takes place. Despite good structural information about the cofactor, many questions regarding substrate
uptake and the overall chemical action of the cofactor during turnover remain. Specifically, the redox flexibility of
Mo point to its likely involvement in substrate activation, which has been vetted by functional model studies.
However, site-mutagenesis studies and theoretical models indicate a polynuclear Fe-face of FeMoco to
participate in substrate activation. Synthetic structural analogues have been fashioned to reproduce the cofactor
composition and elucidate structural details that mimic the cofactor. However, no synthetic models exist that
would permit probing of the interaction between nitrogenase substrates and a polynuclear reaction site
reminiscent of those present in FeMo/FeV/Feco. Using synthetic methodology developed in our laboratories to
reliably synthesize polynuclear clusters, the goal of the proposed research is to both functionally and structurally
model the active site of FeMoco. Polyamide and polyamide/sulfide ligand systems permit the isolation and study
of well-defined tri- and hexanuclear iron complexes. The molecular tri-iron units will allow systematic examination
of the reaction chemistry of nitrogenase substrates with an iron-only reaction site. Furthermore, bimolecular
coupling of tri-iron units will permit the synthesis and characterization of various structural mimics of the cofactor
featuring different interstitial atom components (e.g., C, N, O, S). The proposed research will permit the testing
of several hypotheses concerning interaction of nitrogenase substrates with polynuclear reaction sites prevalent
in the native enzyme: how do substrates bind; how is redox distributed throughout the cluster reaction site; how
do surface hydrides gate dinitrogen or substrate binding; can we authenticate mechanistic proposal for the
enzyme by observation of abiological models? The viability of the synthetic analogues to mimic nitrogenase
activity will be probed by profiling the reactivity of the synthetic clusters towards nitrogenase substrates.
项目摘要:多核氮固定酶辅因子的功能模型
氮进入生物圈是所有生物过程的限制步骤,因此是生命本身。
减少二氮的发生在称为氮酶的多核金属酶。反应中心
含钼的酶由半胱氨酸连接的mofe7s7辅因子(femoco)组成,其中dinitrogen
固定发生。尽管有关辅助因子的良好结构信息,但有关基材的许多问题
在周转期间,辅助因子的吸收和整体化学作用仍然存在。具体而言,氧化还原的灵活性
MO指出了它可能参与底物激活,该激活已通过功能模型研究审查。
然而,现场 - 毒素研究和理论模型表明Femoco的多核Fe面
参与底物激活。合成结构类似物已被造成复制辅助因子
组成和阐明模仿辅助因子的结构细节。但是,尚无合成模型
将允许探测氮酶底物与多核反应位点之间的相互作用
让人联想到Femo/FEV/FECO中存在的人。使用在我们的实验室中开发的合成方法论
可靠地合成多核簇,该研究的目的是在功能和结构上均可
建模Femoco的主动部位。聚酰胺和聚酰胺/硫化物配体系统允许分离和研究
定义明确的三 - 六核铁络合物。分子三铁单元将允许系统检查
氮酶底物与仅铁反应位点的反应化学。此外,双分子
三铁单元的耦合将允许综合和表征辅因子的各种结构模仿
具有不同的间质原子成分(例如C,N,O,S)。拟议的研究将允许测试
关于氮酶底物与多核反应位点相互作用的几种假设
在天然酶中:底物如何结合;氧化还原如何在整个簇反应部位分布;如何
进行表面氢化物栅极二氮或底物结合;我们可以对机械提案进行身份验证
酶通过观察物种模型?合成类似物对模拟氮酶的生存能力
通过分析合成簇对氮酶底物的反应性来探测活性。
项目成果
期刊论文数量(10)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
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- 作者:Powers TM;Betley TA
- 通讯作者:Betley TA
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- 作者:Hernández Sánchez R;Bartholomew AK;Powers TM;Ménard G;Betley TA
- 通讯作者:Betley TA
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- DOI:10.1021/ic301241s
- 发表时间:2012-10-01
- 期刊:
- 影响因子:4.6
- 作者:Eames EV;Betley TA
- 通讯作者:Betley TA
Metal atom lability in polynuclear complexes.
- DOI:10.1021/ic302694y
- 发表时间:2013-05-06
- 期刊:
- 影响因子:4.6
- 作者:Eames EV;Hernández Sánchez R;Betley TA
- 通讯作者:Betley TA
Meta-Atom Behavior in Clusters Revealing Large Spin Ground States.
- DOI:10.1021/jacs.5b08962
- 发表时间:2015-11-04
- 期刊:
- 影响因子:15
- 作者:Hernández Sánchez R;Betley TA
- 通讯作者:Betley TA
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