氧合血红素Fe—O2键性质新探索

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    21371167
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    80.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    B0702.生物分子的化学生物学
  • 结题年份:
    2017
  • 批准年份:
    2013
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2014-01-01 至2017-12-31

项目摘要

Dioxygen (O2) is one of the most important diatomic molecules in the nature and life. In spite of a long history of study on the interactions of dioxygen with the oxygen-carrying and -storing heme complexes, there are a number of scientific debates concerning the geometric, electronic, and biophysical properties, many of which continue to the present time. These issues include the geometry of the bound dioxygen, the perplexing nature of the (diamagnetic) electronic structure, the dynamics of the Fe-O2 group in the heme environment, the relative orientation of the bound dioxygen with respect to the plane of the trans-histidine, and the unusual and intriguing features of M?ssbauer properties. The two important structures, [Fe(TpivPP)(1-MeIm)(O2)] and [Fe(TpivPP)(2-MeHIm)(O2)] are published decades ago, electronic and geometric structure analysis was prevented by limited data of poor quality and by high thermal motion of the structures. For instance, some of the structure-function relationships such as relative orientation of bound dioxygen and the proximal imidazole remains unexplored for lack of sufficient structural data. Herein, we propose two research strategies on the design and synthesis of new oxyheme models - hydrogen bonding (H-bonding) and covalent-bond axial ligand. H-bonding extensively exists in protein environment and is crucial for the oxyheme functions. Covalent-bond axial ligand could change the orientation, basicity of proximal histidine and thus charge donation to the iron, which finally tuning the Fe-O2 bond strength. These structural modification of oxyheme pocket could control and/or change the dioxygen motions and dynamic disorder. Therefore new insights to the electronic and geometric structures of the Fe-O2 bond are expected to gain. Since there have been contributions on synthetic chemistry of the models' preparation, these two strategies are practicable and promising. In addition, our previous experience on oxyhemes studies indicated that dioxygen motions are strongly related to the thermal situation. Hence the temperature-dependent single-crystal characterization, which will give vivo pictures on the dioxygen dynamic motions, is necessary. This project will shed lights on the studies of Fe-O2 bound nature, reveal new knowledge of oxyheme complexes, which will enrich the bioinorganic theories and are important for the biologically functional material research.
O2 是生命中最重要的双原子分子之一。但是氧合血红素Fe-O2键的本质问题却没有彻底解决。争论主要存在于Fe-O2键的电子结构、穆斯堡尔谱性质等方面。Fe-O2键本身的复杂性,使得难以依靠单一模型解决所有问题;本课题认为依靠不同模型,突出重点,获得多层次多角度的结构信息,再深入到产物电子结构,是更切实际的研究思路。因此依据蛋白环境,我们提出氢键与共轭键连接轴向配体两个模型策略。这两种策略可望抑制无序,排除干扰,提供新的Fe-O2 键空间形态,从而获得新的电子结构信息。两类模型在合成化学中有所体现,但是尚无氧合反应产物得到分离,以及空间与电子结构表征,因此是可行而紧迫的研究课题。基于已有的研究积累,我们同时强调多温度单晶表征,以观察随温度改变而发生的氧分子动态行为。本研究可以深入到Fe-O2键问题新的研究层面,收获新的信息,丰富生物无机理论,对于基于血红素模型的仿生材料也具有战略意义。

结项摘要

金属卟啉作为血红素的模型化合物,其合成与表征有力得推动着人们对血红素在自然与生命体中化学与生物功能的了解与认知。本课题的研究取得了以下几点重要成果。1)卡宾铁卟啉(血红素)电子结构的首次确定。2)合成与分离了首例 {FeNO}8模型化合物,是NO–与铁卟啉键合的首例单晶结构,填补了该领域的空白。3)通过NRVS波谱区分了Fe—N—O键的伸缩与弯曲振动;以及相差仅6cm-1、两种不同的弯曲振动;并首次定位了Fe—NIm键的伸缩振动。4)优化了氧合血红素模型化合物的单晶结构;在分子层面上首次揭示了氧与周边基团协同的动态行为;丰富了氧与亚铁血红素的配位模式。除此,我们还开发了若干种新型卟啉模型,并对其衍生物进行了深入表征,取得了阶段性成果。

项目成果

期刊论文数量(14)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Carbonyl ligands in modified "picket fence" iron porphyrin complexes: Order and disorder
改性“栅栏”铁卟啉配合物中的羰基配体:有序与无序
  • DOI:
    10.1016/j.jorganchem.2016.02.023
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    Journal of Organometallic Chemistry
  • 影响因子:
    2.3
  • 作者:
    He Baiyin;Li Xiangjun;Li Jianfeng
  • 通讯作者:
    Li Jianfeng
Geometric and electronic structures of five-coordinate manganese(II) "picket fence" porphyrin complexes
五配位锰(II)“栅栏”卟啉配合物的几何结构和电子结构
  • DOI:
    10.1039/c5dt00685f
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    Dalton Transactions
  • 影响因子:
    4
  • 作者:
    Yu Qiang;Liu Yanhong;Liu Diansheng;Li Jianfeng
  • 通讯作者:
    Li Jianfeng
Synthesis and characterization of a modified "picket fence" porphyrin complex - stronger π bonding interactions between Fe(II) and axial ligands
改性“栅栏”卟啉配合物的合成和表征 - Fe(II) 和轴向配体之间更强的 pi 键相互作用
  • DOI:
    10.1039/c5dt00941c
  • 发表时间:
    2015-01-01
  • 期刊:
    DALTON TRANSACTIONS
  • 影响因子:
    4
  • 作者:
    He, Baiyin;Schulz, Charles E.;Li, Jianfeng
  • 通讯作者:
    Li, Jianfeng
Structural study of a manganese(II) 'picket-fence' porphyrin complex
锰(II)“栅栏”卟啉配合物的结构研究
  • DOI:
    10.1107/s2053229615009304
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    Acta Crystallographica Section C-Structural Chemistry
  • 影响因子:
    0.8
  • 作者:
    Yu Qiang;Li Xiangjun;Liu Diansheng;Li Jianfeng
  • 通讯作者:
    Li Jianfeng
Electronic Configuration and Ligand Nature of Five-Coordinate Iron Porphyrin Carbene Complexes: An Experimental Study
五配位铁卟啉卡宾配合物的电子构型和配体性质:实验研究
  • DOI:
    10.1021/jacs.7b01722
  • 发表时间:
    2017-04-12
  • 期刊:
    JOURNAL OF THE AMERICAN CHEMICAL SOCIETY
  • 影响因子:
    15
  • 作者:
    Liu, Yulong;Xu, Wei;Li, Jianfeng
  • 通讯作者:
    Li, Jianfeng

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其他文献

Adaptive Signal Analysis Based on Radial Parabola Kernel
基于径向抛物线核的自适应信号分析
  • DOI:
    10.4028/www.scientific.net/amm.10-12.737
  • 发表时间:
    2007-12
  • 期刊:
    Applied Mechanics and Materials
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王胜春;李剑峰;韩捷;李志农
  • 通讯作者:
    李志农
Effect of Fiber Treatment/Starch Plasticization on Structure and Mechanical Properties of Biomass Cushion Packaging Material
纤维处理/淀粉塑化对生物质缓冲包装材料结构和力学性能的影响
  • DOI:
    10.4028/www.scientific.net/amr.873.669
  • 发表时间:
    2013-12
  • 期刊:
    Advanced Materials Research
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    管凯凯;刘鹏;李剑峰;李刚
  • 通讯作者:
    李刚
一种基于数据域统计信息的信道估计改进算法.电视技术
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    电视技术
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    马志;罗涛;李剑峰
  • 通讯作者:
    李剑峰
基于数据域统计信息的信道估计改进算法
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
    电视技术
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    马志;罗涛;李剑峰
  • 通讯作者:
    李剑峰
发动机气门积碳的熔盐清洗工艺
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    中国表面工程
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    姚帅帅;贾秀杰;王兴;李剑峰;李建勇
  • 通讯作者:
    李建勇

其他文献

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李剑峰的其他基金

血红素超(过)氧化物{FeO2}9的分离与表征研究
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    面上项目

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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