Nitroksyylin (HNO) trans-vaikutus rautahemijärjestelmissä: Vaikutukset liukoisen guanylaattisyklaasin aktivoitumiseen HNO:lla (2023)

Table of Contents
Journal of Inorganic Biochemistry Abstrakti Graafinen abstrakti Kohokohdat Johdanto Osion katkelmia Kokeellinen Mallikompleksien geometriset parametrit ja spin-tilat Johtopäätökset Lyhenteet Tunnustus Viitteet(77) J. Biol. Chem. Kaari. Biochem. Biophys. Pharmacol. Siellä. Kaari. Biochem. Biophys. Coord. Chem. Rev. Coord. Chem. Rev. J. Biol. Chem. J. Biol. Chem. Biochem. Biophys. Res. Commun. Biochem. Pharmacol. Biophys. J. Chem. Phys. Lett. Chem. Phys. Lett. Tiede Annu. Rev. Biochem. Pharmacol. Rev. Chem. Soc. Rev. Typpioksidi: Biologia ja patologia J. Am. Chem. Soc. Biokemia J. Comput. Chem. J. Med. Chem. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. J. Biochem. Soc. Trans. Biokemia Biokemia J. Am. Chem. Soc. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. Inorg. Chem. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. Br. J. Pharmacol. Cardiovasc. Res. J. Pharmacol. Exp. Siellä. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. Mol. Pharmacol. Inorg. Chem. Lainannut (29) Pienten molekyylien kompleksien reaktiivisuus ja rakenne: Typpioksidi Hemiin rikkivedyn sitoutumisen mallinnus HNO:n vuorovaikutus siirtymämetallikeskusten kanssa ja sen biologinen merkitys. Tietoa elektronisesta rakenteesta teoreettisista laskelmista HNO:n ei-hemi-siirtymämetallikompleksit HNO:n vuorovaikutukset metalloitujen porfyriinien, korrolien ja korriinien kanssa Biologinen signalointi pienten epäorgaanisten molekyylien avulla Suositellut artikkelit (6) Gd-dopingin vaikutus EuxGd1−x(TTA)3phenien absoluuttiseen kvanttitehokkuuteen ja elinikään Oksovanadium(IV) N2O2-kompleksit 2,2'-dihydroksibentsofenonitiosemikarbatsonien kanssa: synteesi, EPR ja sähkökemialliset tutkimukset Polttoaineolosuhteiden vaikutus luonnonvaraisten tulipalojen esiintymiseen, leviämiseen ja kestoon: Alueellinen lähestymistapa Hemipohjaisten sensorien molekyylimekanismit sedimenttiorganismeista, jotka kykenevät siirtämään solunulkoisia elektroneja Uuden 3-dyhdisteen: FeAlF2(C10H8N2)(HPO4)2(H2O) hydroterminen synteesi, rakenneselvitys, spektroskooppiset tutkimukset, lämpökäyttäytyminen ja luminesenssiominaisuudet Pääkomponenttianalyysi yhdistettynä matriisiavusteiseen laserdesorptioionisaatiomassaspektrometriaan vakavaa masennusta sairastavien potilaiden seerumien nopeaan diagnosointiin

Journal of Inorganic Biochemistry

Osa 118,

tammikuuta 2013

, sivut 179-186

Tekijälinkit avaavat peittopaneelin,

Abstrakti

Liukenevaguanylaattisyklaasi(sGC) on ensisijainen nisäkästyppioksidi(NO) anturi. Vahvan termodynaamisen σ-transNO:n vaikutus, NO:n sitoutuminen ferrohemin distaaliselle puolelle indusoi proksimaalisen Fe:n pilkkoutumistaNitroksyylin (HNO) trans-vaikutus rautahemijärjestelmissä: Vaikutukset liukoisen guanylaattisyklaasin aktivoitumiseen HNO:lla (3)NHänensidos aktivoimallakatalyyttinen domeeni-ltaentsyymi. Sitä on ehdotettunitroksyyli(HNO) pystyy myös aktivoimaan sGC:n, mutta avainkysymys on edelleen, voiko HNO indusoida Fe:n pilkkoutumisen.Nitroksyylin (HNO) trans-vaikutus rautahemijärjestelmissä: Vaikutukset liukoisen guanylaattisyklaasin aktivoitumiseen HNO:lla (4)NHänenjoukkovelkakirjalaina. Tässä raportoimme laskettunasitovia vakioita1-metyyli-imidatsolille (MI) [Fe(P)(X)]:ksi (P= porfiini2−) missä X=EI, HNO,COja MI arvioimaantransnäiden ryhmien X vuorovaikutus proksimaalin kanssaimidatsoli(histidiini) sGC:ssä. DFT-menetelmien systemaattinen arviointi viittaa siihen, että tarkkojen MI-sitoutumisvakioiden ennustaminen on kriittisesti riippuvainenvan der Waalsin vuorovaikutus(-D funktionaaliset). Lasketut (B3LYP-D/TZVP) MI-sitoutumisvakiot X=NO:lle ja MI:lle ovat 110 ja 5,6×105M−1vastaavasti ennusti vain yhden suuruusluokan korkeamman kuin vastaavat kokeellisesti määritetyt arvot. MI:n sitoutumisvakioiden, joissa X = HNO ja CO, ennustetaan jatkuvasti olevan olennaisesti yhtä suuria ja ~ kuusi suuruusluokkaa suurempia kuin NO:n, mikä osoittaa, että CO ja HNO välittävät heikkoa termodynaamistatransvaikutus tässä järjestelmässä. Avaimen σ-sidosorbitaalin kiertorataanalyysi, π*h_dz2ja Fe:n vertailuNitroksyylin (HNO) trans-vaikutus rautahemijärjestelmissä: Vaikutukset liukoisen guanylaattisyklaasin aktivoitumiseen HNO:lla (5)NMIsidosten pituudet tukevat tätä ennustetta. Tämä viittaa siihen, että HNO ei aiheuta σ-transriittävän voimakas edistämään Fe:n pilkkoutumistaNitroksyylin (HNO) trans-vaikutus rautahemijärjestelmissä: Vaikutukset liukoisen guanylaattisyklaasin aktivoitumiseen HNO:lla (6)NHänenbond—avainvaihe sGC:n aktivoinnissa.

Graafinen abstrakti

Termodynaamisen σ- vertailutransNO:n ja HNO:n vaikutus rautaporfyriini-1-metyyli-imidatsolikomplekseissa esitetään malleina sGC:n aistivalle heemille. Vähennys dz2merkki avaimessa π*h_dz2HNO:n orbitaali suhteessa NO-kompleksiin osoittaa merkittävästi heikentynyttätransHNO:n vaikutus suhteessa NO:hen.

Nitroksyylin (HNO) trans-vaikutus rautahemijärjestelmissä: Vaikutukset liukoisen guanylaattisyklaasin aktivoitumiseen HNO:lla (7)
  1. Ladata :Lataa täysikokoinen kuva

Kohokohdat

► Liukoinen guanylaattisyklaasi (sGC) on ensisijainen NO:n anturi nisäkäsjärjestelmissä. ► sGC:n aktivoitumista välittää vahva termodynaaminen σtransNO:n vaikutus. ► DFT:tä käytetään termodynaamisen vertailuuntransvaikutus NO:lle, HNO:lle, CO:lle ja imidatsolille. ► DFT-menetelmät on kalibroitu heikkojen sitoutumisvakioiden K laskemiseenekv. ► Van der Waalsin vuorovaikutusten sisällyttäminen on ratkaisevan tärkeää tarkkojen ΔG-arvojen määrittämiseksi.

Johdanto

Nitroksyyli, HNO, on protonoitu ja yhdellä elektronilla pelkistetty muoto signaloivasta kaksiatomista typpioksidimolekyylistä NO. Vaikka NO:n fysiologinen rooli on vakiintunut [1], [2], [3], [4], [5], HNO:n rooli biologisissa systeemeissä on hyvin kiistanalainen. HNO:n on ehdotettu olevan välituotteena assimiloivan nitriittireduktaasin [6], [7] ja P450 typpioksidireduktaasin [8], [9] katalyyttisen syklin välituotteeksi mitokondrioiden aldehydidehydrogenaasin [10] ja glyseraldehydin peruuttamattomaksi estäjäksi. -3-fosfaattidehydrogenaasi [11] kysteiinimodifioinnin kautta ja olla tiolien hapetin vastaaviksi disulfideiksi, jolloin muodostuu hydroksyyliamiinia [12]. Mielenkiintoista on, että vielä ei tiedetä, tuotetaanko HNO:taelää. Endogeenisen HNO:n muodostusta koskevat ehdotukset sisältävät NO:n pelkistyksen sytokromillacoksidaasi ja hemoglobiini [12], S-nitrosotiolien reaktio tioliylimäärän kanssa [13] tai ehkä näkyvin typpioksidisyntaasivälitteisen hapettumisen kautta.l-arginiini ilman tetrahydrobiopteriinia [14].

Vaikka HNO:lla on kemiallisia ominaisuuksia ja siten fysiologisia vaikutuksia, jotka eroavat NO:lla [15], [16], molempien typen oksidien on raportoitu aktivoivan liukoista guanylaattisyklaasia (sGC), rautahemientsyymiä, joka on ensisijaisesti vastuussa vasodilataatiosta nisäkäsorganismeissa. [17]. sGC on ~ 150 kDa:n heterodimeeri, joka koostuu kolmesta domeenista: N-terminaalisesta tunnistusdomeenista, joka sisältää rautahemin, dimerisaatiodomeenin ja C-terminaalisen katalyyttisen domeenin. NO:n läsnä ollessa sGC:n hemidomeenissa tapahtuu konformaatiomuutos, joka aktivoi entsyymin katalyyttisen domeenin, joka välittää GTP:n konversiota biokemialliseksi lähettilääksi sykliseksi guanosiinimonofosfaatiksi, cGMP:ksi [18]. On ehdotettu, että NO:lle on kaksi erillistä sitoutumiskohtaa sGC:n tunnistusdomeenissa. Ensisijainen korkean affiniteetin kohta koostuu rautahemistäbligandit proksimaalisella histidiiniligandilla, His105:llä ihmisen ja naudan sGC:ssä [19]. NO:n sitoutuessa muodostuu kuuden koordinaatin välikompleksi ennen vahvaa termodynaamista σ-transvaikutus (kutsutaan myöstransNO:n "vuorovaikutus" indusoi Fe:n pilkkoutumistaNitroksyylin (HNO) trans-vaikutus rautahemijärjestelmissä: Vaikutukset liukoisen guanylaattisyklaasin aktivoitumiseen HNO:lla (8)NHänen 105sidos muodostaen aktivoidun viiden koordinaatin hemi-nitrosyylikompleksin [20], [21], [22], [23]. Tämä His105:n liike indusoi konformationaalisen muutoksen tunnistusdomeenissa, joka aktivoi entsyymin katalyyttisen domeenin. Toisen, alhaisen affiniteetin sitoutumiskohdan ehdotetaan olevan kysteiinitähteen tioli [24], [25].

Vaikka NO on todettu sGC:n endogeeniseksi aktivaattoriksi [26], useat raportit ovat osoittaneet lisääntynyttä sGC:stä riippuvaa vasodilataatiota HNO-luovuttajien läsnä ollessa [27], [28], [29], [30]. SOD:n läsnä ollessa HNO hapettuu helposti NO:ksi, joka voi sitten aktivoida sGC:n aiemmin käsitellyn reitin kautta [31], [32]. Siksi yksi tärkeä kysymys on, voisiko HNOsuoraanaktivoi sGC. Alkuraportissa Dierks ja Burstyn päättelivät, että HNO ei pysty aktivoimaan sGC:tä [33]. On kuitenkin olemassa mahdollisuus, että puskurissa oleva 10 mM DTT pyyhkäisi HNO:ta ennen reaktiota sGC:n kanssa näissä kokeissa. Toisessa tutkimuksessa Mayer ja työtoverit vahvistivat, että HNO ei aktivoi sGC:tä SOD:n puuttuessa [34]. Kuitenkin Miller et ai. osoitti sGC-aktiivisuutta tiolissa ja O:ssa2-vapaa puskuri HNO-luovuttajien 1-nitrososykloheksyylitrifluoriasetaatin ja Angelin suolan läsnä ollessa [17]. Aktiivisuus oli 1,9 ja 3,4 kertaa pienempi kuin NO:n indusoima aktiivisuus pitoisuudella 10 µM, mutta mikä tärkeintä, hemin poistaminen johti HNO:n indusoiman sGC-aktiivisuuden vähenemiseen, mikä viittaa siihen, että aktivaatio tapahtuu pääasiassa hemikeskuksessa. Mielenkiintoista on, että HNO-välitteinen kysteiinitiolimodifikaatio johti entsyymiaktiivisuuden estämiseen [17].

Ristiriitaisten raporttien vuoksi keskeinen kysymys on edelleen, onko HNO:n kemiallisesti mahdollista indusoida termodynaaminen σ-transvaikutus riittävän vahva pilkkomaan FeNitroksyylin (HNO) trans-vaikutus rautahemijärjestelmissä: Vaikutukset liukoisen guanylaattisyklaasin aktivoitumiseen HNO:lla (9)NHänen 105sidos ja tällä tavalla aktivoida sGC:n katalyyttinen domeeni samalla tavalla kuin NO. Kuten kaaviosta 1 näkyy, σ-transNO:n vaikutus ilmenee σ-luovuttajaorbitaalien kilpailussa, π*hNO ja His105(σ), dz2raudan orbitaali, kuten aiemmin on raportoitu [23], [35], [36], [37]. Huomattava lahjoitus π*hNO:n kiertoradalla dz2Fe orbitaali heikentää sidostatransNO:n ligandilla merkittävästi. Mielenkiintoista on, että heikko σ-luovuttaja hiilimonoksidi (CO) pystyy myös sitoutumaan sGC:n Fe-keskukseen, mutta ei saa aikaan Fe:n pilkkoutumista.Nitroksyylin (HNO) trans-vaikutus rautahemijärjestelmissä: Vaikutukset liukoisen guanylaattisyklaasin aktivoitumiseen HNO:lla (10)NHänen 105sidoksen muodostaen sen sijaan stabiilin kuuden koordinaatin kompleksin [38], [39], joka aiheuttaa vain matalan tason sGC:n aktivoitumisen (katso alla). Tämä osoittaa heikompaatransCO:n vaikutus suhteessa NO:hen. Lisää todisteita tästä heikompitransCO:n vaikutus tulee spektroskooppisista ja kristallografisista tiedoista tetrafenyyliporfyriinin (TPP) mallikomplekseista. Esimerkiksi FeNitroksyylin (HNO) trans-vaikutus rautahemijärjestelmissä: Vaikutukset liukoisen guanylaattisyklaasin aktivoitumiseen HNO:lla (11)NMIvenytystaajuudet, υ(FeNitroksyylin (HNO) trans-vaikutus rautahemijärjestelmissä: Vaikutukset liukoisen guanylaattisyklaasin aktivoitumiseen HNO:lla (12)NMI), [Fe(TPP)(MI)(NO)] [37] ja [Fe(TPP)(CO)(MI)] [40] komplekseissa (MI = 1-metyyli-imidatsoli) heijastavat suoraan tätä eroa CO:n ja NO:n välillä. . Kuuden koordinaatin NO-kompleksissa υ(FeNitroksyylin (HNO) trans-vaikutus rautahemijärjestelmissä: Vaikutukset liukoisen guanylaattisyklaasin aktivoitumiseen HNO:lla (13)NMI) havaitaan 149 cm:n kohdalla−1kun taas tämä tila löytyy 172/225cm−1analogiselle CO-kompleksille ja 210–220 cm:n kohdalla−1deoxy-Mb:ssä. Lisäksi [Fe(TPP)(MI)(NO)] [41] ja [Fe(TPP)(MI)(CO)] [42] kiderakenteet osoittavat FeNitroksyylin (HNO) trans-vaikutus rautahemijärjestelmissä: Vaikutukset liukoisen guanylaattisyklaasin aktivoitumiseen HNO:lla (14)NMIsidospituudet 2,173Å ja 2,071Å. Vertailun vuoksi FeNitroksyylin (HNO) trans-vaikutus rautahemijärjestelmissä: Vaikutukset liukoisen guanylaattisyklaasin aktivoitumiseen HNO:lla (15)NMIsidoksen pituus [Fe(TPP)(MI)2] [43], jossa nrotransvuorovaikutusta on olemassa, on 1,997Å. Nämä havainnot voidaan selittää sillä, että CO sitoutuu ferrohemijärjestelmiin pääasiassa vahvojen π-selkäsidosten kautta, jotka eivät aiheuta suurta termodynaamistatransvaikutus. On kuitenkin huomattava, että CO pystyy aktivoimaan sGC:tä, vaikka vaikutus on varsin heikko verrattuna NO:iin – 100 % CO:n ja 0,5 % NO:n ilmakehä johtaa vastaavasti 4,4- ja 128-kertaiseen aktivaatioon [38]. On ehdotettu, että tämä alhainen CO:n aktivoituminen voi johtua muutoksista hemin konformaatiossa [44], [45], [46].

Näin ollen näyttää siltä, ​​että Fe:n kohtalainen pidentyminenNitroksyylin (HNO) trans-vaikutus rautahemijärjestelmissä: Vaikutukset liukoisen guanylaattisyklaasin aktivoitumiseen HNO:lla (16)NHänen 105sidos, kuten CO-koordinoinnin tapauksessa, ei aiheuta konformaatiomuutosta, joka on tarpeen cGMP:n korkeaan (kuten NO:n) katalyyttiseen tuotantoon ja sen sijaan vahvempaantransvaikutusta, kuten NO:n tapauksessa, vaaditaan. Ymmärtääksemme tätä vaikutusta paremmin, olemme käyttäneet DFT-laskelmia termodynamiikan tutkimiseentransvaikutus (kutsutaan nimellätransvaikutus tässä artikkelissa) NO:n, HNO:n ja CO:n indusoima 1-metyyli-imidatsoliin (MI) ferrohem-mallikomplekseissa. Tässä käytetään DFT-kokonaisenergialaskelmia arvioidaksemme MI:n sitoutumista viiden koordinaatin rautapitoisiin porfyriineihintransasentoon NO, HNO, CO ja MI keinona (a) arvioida järjestelmällisestitranskunkin pienen molekyylin indusoima vaikutus ja (b) kalibroida DFT-menetelmiä heikkojen sitoutumisvakioiden tarkkaa laskemista varten ferrohemikomplekseissa.

Osion katkelmia

Kokeellinen

Tiheysfunktionaaliteorian (DFT) menetelmien tarkkuuden määrittämiseksi ferrohemikompleksien rakenteiden ja sitoutumisvakioiden ennustamiseksi suoritettiin tutkimus erilaisista laskentamenetelmistä. Käytettäviä funktioita ovat BP86 [47], [48], B3LYP [48], [49], [50], O3LYP [51], [52], OLYP [53], [54] ja mPWVWN [55], [ 56] yhdessä perusjoukkojen TZVP [57], [58], LanL2DZ* [59], [60], 6–31G* [61] ja 6–311++G** [62] kanssa. Hybriditoimintojen modifioidut versiot

Mallikompleksien geometriset parametrit ja spin-tilat

Sen määrittämiseksi, missä määrin HNO pystyy indusoimaan σ-transvaikutus sGC:ssä, tiheysfunktionaaliset teorialaskelmat suoritettiin viiden ja kuuden koordinaatin mallijärjestelmillä [Fe(P)(X)] ja [Fe(P)(MI)(X)] (P2−= porfiiniligandi), jossa X = NO, HNO, CO ja MI, kuten on esitetty X = HNO kuvassa 1. Laskentakustannusten pienentämiseksi käytettiin porfiiniapproksimaatiota ja MI:tä käytettiin mallina histidiinin ligatoimiseksi rautahemikeskukseen. Selvittääksesi, mikä DFT-menetelmä ennustaa eniten

Johtopäätökset

Yhteenvetona voidaan todeta, että heikkoja metalli-ligandin sitoutumisvakioita on luonnostaan ​​vaikea laskea DFT-menetelmillä. Tarkkojen MI:n sitoutumisvakioiden ennuste [Fe(P)(X)]:lle X=NO:lle ja MI:lle riippuu van der Waalsin vuorovaikutusten sisällyttämisestä. Tässä tutkimuksessa paras Kekvarvot saatiin B3LYP-D/TZVP-energioilla BP86/TZVP-geometrioilla. Lasketut MI-sitoutumisvakiot X = NO ja MI ovat 110 ja 5,6 × 105M−1, ennusti vain yhden suuruusluokan korkeampi kuin kokeellisesti määritetty

Lyhenteet

    BSSE

    perusjoukon superpositiovirhe

    cGMP

    syklinen guanosiinimonofosfaatti

    DFT

    tiheysfunktionaalinen teoria

    DTT

    ditiotreitoli

    GTP

    guanosiinitrifosfaatti

    Hänen

    histidiini

    MI

    1-metyyli-imidatsoli

    sGC

    liukoinen guanylaattisyklaasi

    SOD

    superoksididismutaasi

Tunnustus

Tätä työtä tukivat mmNational Science Foundation(CHE 0846235NL).

Viitteet(77)

  • Y.Shiroet ai.

    J. Biol. Chem.

    (1995)

  • OLLA.Lopezet ai.

    Kaari. Biochem. Biophys.

    (2007)

  • N.Paolocciet ai.

    Pharmacol. Siellä.

    (2007)

  • DR.Arnelleet ai.

    Kaari. Biochem. Biophys.

    (1995)

  • K.M.Miranda

    Coord. Chem. Rev.

    (2005)

  • F.Doctorovichet ai.

    Coord. Chem. Rev.

    (2011)

  • T.W.Milleret ai.

    J. Biol. Chem.

    (2009)

  • H.Kimuraet ai.

    J. Biol. Chem.

    (1975)

  • J.M.Fukutoet ai.

    Biochem. Biophys. Res. Commun.

    (1993)

  • SE ON JOSSAKIN.Dierkset ai.

    Biochem. Pharmacol.

    (1996)

  • B.M.Leuet ai.

    Biophys. J.

    (2007)

  • W.-M.Mitenet ai.

    Chem. Phys. Lett.

    (2001)

  • B.Mahtavaet ai.

    Chem. Phys. Lett.

    (1989)

  • E.Pikkuhousutet ai.

    Tiede

    (1992)

  • D.S.Leveäet ai.

    Annu. Rev. Biochem.

    (1994)

  • S.Moncadaet ai.

    Pharmacol. Rev.

    (1991)

  • A.R.Butleret ai.

    Chem. Soc. Rev.

    (1993)

  • L.Ignarro

    Typpioksidi: Biologia ja patologia

    (2000)

  • S.M.Hänenet ai.

    J. Am. Chem. Soc.

    (1993)

  • B.R.Nosturiet ai.

    Biokemia

    (1997)

  • N.Lehnertet ai.

    J. Comput. Chem.

    (2006)

  • H.T.Meni naimisiinet ai.

    J. Med. Chem.

    (1990)

  • H.H.H.W.Schmidtet ai.

    Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A.

    (1996)

  • L.J.Ignarro

    J. Biochem. Soc. Trans.

    (1992)

  • Y.Zhaoet ai.

    Biokemia

    (1997)

  • T.G.Trayloret ai.

    Biokemia

    (1992)

  • P.E.Yuet ai.

    J. Am. Chem. Soc.

    (1994)

  • Y.Zhaoet ai.

    Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A.

    (1999)

  • THE.Goodrichet ai.

    Inorg. Chem.

    (2010)

  • S.P.Caryet ai.

    Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A.

    (2005)

  • HUOM.Fernoffet ai.

    Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A.

    (2009)

  • N.Paolocciet ai.

    Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A.

    (2001)

  • A.Elliset ai.

    Br. J. Pharmacol.

    (2000)

  • J.L.favaloroet ai.

    Cardiovasc. Res.

    (2007)

  • J.M.Fukutoet ai.

    J. Pharmacol. Exp. Siellä.

    (1992)

  • MINÄ.Murphyet ai.

    Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A.

    (1991)

  • A.Zelleret ai.

    Mol. Pharmacol.

    (2009)

  • V.K.K.Praneethet ai.

    Inorg. Chem.

    (2006)

  • Lainannut (29)

    • Pienten molekyylien kompleksien reaktiivisuus ja rakenne: Typpioksidi

      2021, Kattava koordinaatiokemia III

      Typpioksidi (NO) on klassinen viaton ligandi, ja sen koordinaatiokemia on sekä kiehtonut että hämmentynyt tutkijoita viimeisen yli 150 vuoden ajan, alkaen natriumnitroprussidin, Na:n löydöstä.2[Fe(CN)5(NO)], Playfair vuonna 1849. Tämä ei johdu pelkästään siitä tosiasiasta, että tämä ligandi voi muuttaa hapetustilaa sitoutuessaan siirtymämetallikeskuksiin, vaan myös tästä vuorovaikutuksesta peräisin olevista usein erittäin kovalenttisista sidoksista. NO:n koordinaatiokemia raudan, mutta myös kuparin ja koboltin kanssa koki sitten elpymisen 1980-luvulla, kun NO:n biologinen merkitys nisäkäsfysiologialle tunnistettiin. Tässä artikkelissa esitetään yhteenveto tärkeimmistä saavutuksista NO:n koordinaatiokemian alalla viimeisten 10–15 vuoden aikana ja viitataan biologiseen merkitykseen aina kun se on tarkoituksenmukaista.

    • Hemiin rikkivedyn sitoutumisen mallinnus

      2018, Journal of Inorganic Biochemistry

      Lainausote:

      Laskelmat osoittivat, että nitrosyylikompleksien muodostuminen on rautametallille (−11,4 kcal/mol) energeettisesti edullisempaa kuin ferriheemille (−3,9 kcal/mol) ~7,5 kcal/mol. MI:n sitoutumista [Fe(P)(X)]:iin (jossa X = NO, HNO, CO ja MI) ovat tutkineet Goodrich ja Lehnart [55]. Laskettu ΔG MI:n sitoutumisen reaktiolle FeP(NO):ksi lämpötilassa 298 K on -2,3 kcal/mol, mikä yliarvioi kokeellisen arvon vain 0,4 kcal/mol.

      Rikkivedyn sitoutumista mallihemiyhdisteeseen tutkitaan kytketyillä klusterilla kaksoiskappaleilla, joita on täydennetty häiritsevällä kolminkertaisella virityksellä, CCSD(T) ja tiheysfunktionaalisella teorialla, DFT. Vähimmäisenergiapolku H:lle2S lisäys hemiproteiinin eristettyyn hemikeskukseen arvioidaan ottamalla malliksi hemiyhdiste FeP(Im) (P = porfyriini; Im = imidatsoli). FeP(Im)-H2S aduktia sitoo 13,7 kcal/mol teorian CCSD(T)-tasolla. Rentoutuneet potentiaalienergiakäyrät H:n alimmille spin-tiloille2S:n sitoutuminen FeP(Im):hen DFT:tä käyttämällä paljastaa, että sitoutumisprosessi liittyy "kaksoisspin-crossover"-reaktioon, jossa pitkän matkan van der Waalsin minimit ovat vain 5–7 kcal/mol FeP(Im)- H2S perustila. Se tosiasia, että FeP(Im)-H:n singletin perustilan energia2S on energialtaan niin lähellä dissosiaatiotuotteita FeP(Im)+H2S osoittaa kohti H:n palautuvuutta2S-adsorptio/desorptioprosessi biokemiallisissa reaktioissa.

    • HNO:n vuorovaikutus siirtymämetallikeskusten kanssa ja sen biologinen merkitys. Tietoa elektronisesta rakenteesta teoreettisista laskelmista

      2017, Nitroksyylin kemia ja biologia (HNO)

      HNO on kasvava merkitys biologinen efektorimolekyyli, jonka ehdotetaan toimivan sekä signaalimolekyylinä nisäkkäissä että myös lääkkeenä, joka lisää sydänkohtauksen ja aivohalvauksen haitallisia vaikutuksia estämällä reperfuusiovaurioita. Vaikka HNO:n endogeenistä tuotantoa ei ole koskaan osoitettu tarkasti, kemistit ovat löytäneet useita reittejä, joita luonto voisi käyttää tämän molekyylin tuottamiseen NO:sta, ja monet niistä sisältävät siirtymämetallikeskuksia. Lisäksi siirtymämetallikeskukset, erityisesti hemi- ja ei-heemirautakohdat, ovat potentiaalisessa roolissaan signalointimolekyylinä tärkeimpiä ehdokkaita HNO-reseptoreina. Tässä suhteessa on myös huomionarvoista, että liukoisen guanylaattisyklaasin on ehdotettu aktivoituvan HNO:lla. Tässä luvussa selvitetään hemi-HNO-kompleksien elektronista rakennetta keskittyen erityisesti niiden mahdolliseen rooliin biologiassa. Muut äskettäin löydetyt HNO-kompleksit, jotka perustuvat pentasyanoferraattiin ja [RuII(Minä3[9] Anne N3)(bpy)]2+ovat myös mukana. Näkemys kaikkien näiden HNO-kompleksien elektronisesta rakenteesta saadaan huolellisesti suoritetuista kvanttikemiallisista laskelmista, yleensä DFT-menetelmistä, läheisessä korrelaatiossa käytettävissä olevien kokeellisten (spektroskooppisten) tietojen kanssa. Tarjotaan myös kriittinen näkökulma DFT:n onnistumiseen ja epäonnistumiseen tämän tavoitteen saavuttamisessa. Tätä tarkoitusta varten eri DFT-menetelmien kyky ennustaa (a) biologisesti merkittävien molekyylien tarkat sitoutumisvakiot rautahememiin ja (b) pKaHNO-kompleksien arvot arvioidaan.

    • HNO:n ei-hemi-siirtymämetallikompleksit

      2017, Nitroksyylin kemia ja biologia (HNO)

      Nitroksyylin (HNO) koordinaatiokemia siirtymämetallien kanssa on kuvattu sisältäen synteettiset näkökohdat, rakenteen ja reaktiivisuuden eri moodeissa. HNO on välituote nitriitin redox-muunnoksissa ammoniakiksi, ja tutkimukset nonheme-järjestelmillä mahdollistavat sen kemiallisten ja biologisesti merkityksellisten ominaisuuksien ymmärtämisen. Pseudooktaedriset HNO-kompleksit, jotka tarjoavat matalan spinin d6kokoonpanot [ML5(rypäle)]n(M = Mo, Re, Fe, Ru, Os, Co, Rh, Ir) ja L-koligandit valmistettiin vesipitoisessa ja vedettömissä väliaineissa pelkistämällä tai hapettamalla riittäviä nitrosyyli- tai typpihydridiprekursoreita. Eristettyjen yhdisteiden röntgenrakenteita, erilaisia ​​spektroskopioita (NMR, IR, UV-vis jne.) kiinteässä olomuodossa ja liuoksessa, sähkökemiaa, teoreettisia laskelmia ja kineettisiä/mekanistisia menetelmiä käytettiin sidos-, stabiilisuus- ja reaktiivisuusominaisuuksien kuvaamiseen. kuten muodostumis-/dissosiaatioreaktiot metalleista, happo-emäs-ominaisuudet, jotka muodostavat NO:tasekä HNO/NO:n anioni- ja redox-reaktiot-sidotut lajit.

    • HNO:n vuorovaikutukset metalloitujen porfyriinien, korrolien ja korriinien kanssa

      2016, Nitroksyylin kemia ja biologia (HNO)

      Tässä luvussa kuvataan atsanonin ja sen luovuttajien vuorovaikutusta metalloitujen porfyriinien (MP), korrolien (Cor) ja korriinien (Corr) kanssa. Alamme kuvata Fe-, Mn- ja Co-porfyriinien (P) yleistä reaktiivisuutta eri redox-tiloissa koskien syntyvien nitrosyyli (NO) -kompleksien stabiilisuutta, joita kuvataan ja luonnehditaan nimellä {Me(H)NO}7.6.8additioita. Toiseksi vertaamme HNO- ja luovuttajareaktioiden kinetiikkaa ja mekanistisia puolia eri porfyriinien kanssa ja vertaamme niitä hemiproteiinien vastaaviin. Lopuksi esittelemme äskettäin kuvatun HNO: n reaktiivisuuden korrolien kanssa ja vertaamme sitä porfyriinien reaktiivisuuteen. Tämän luvun tärkeimmät johtopäätökset ovat, että HNO reagoi suhteellisen nopean bimolekulaarisen reaktiomekanismin jälkeen (k= 1 × 104M−1s−1) metalliporfyriinien kanssa. Rauta (Fe) on valikoivin metalli, joka pystyy muodostamaan useita addukteja, jotka vaihtelevat redox-tilassaan, kun taas Mn ja Co ovat paljon spesifisempiä ja niitä voidaan siten käyttää selektiivisinä vangitsemisaineina. Viimeisenä mutta ei vähäisimpänä, mekanistinen analyysi osoittaa, että vaikka pelkistävät porfyriinit reagoivat vapaan atsanonin kanssa, hapettavat porfyriinit voivat reagoida suoraan luovuttajien kanssa edistäen niiden oksidatiivista NO:n vapautumista.

    • Biologinen signalointi pienten epäorgaanisten molekyylien avulla

      2016, Coordination Chemistry Reviews

      Lainausote:

      HNO on hiljattain liitetty sGC:n aktivaattorina vuorovaikutuksessa rautahemin ja tiolitähteiden kanssa [269]. Toisin kuin NO, HNO:n trans-vaikutus ei ole tarpeeksi voimakas katkaisemaan distaalista Fe-His-sidosta, mikä viittaa siihen, että sGC-välitteinen solusignalointi on tiukasti hallittua [270]. HNO:n sGC-riippuvaista vasodilataatiota ja sGC-riippumatonta positiivista inotropiaa on pitkään tutkittu toteuttamiskelpoisena vaihtoehtona sydän- ja verisuonisairauksien hoidossa [271–273].

      Pienet redox-aktiiviset molekyylit, kuten reaktiiviset typpi- ja happilajit ja vetysulfidi, ovat nousseet tärkeiksi biologisiksi välittäjiksi, jotka ovat mukana erilaisissa fysiologisissa ja patofysiologisissa prosesseissa. Näiden molekyylien muodostumista ja reaktiivisuutta tiukasti säätelevien solumekanismien ymmärtämisen edistäminen on keskeistä erilaisten sairaustilojen, mukaan lukien syövän ja sydän- ja verisuonihäiriöiden, hallinnan parantamiseksi. Epätasapaino redox-aktiivisten molekyylien tuotannossa voi johtaa kriittisten solukomponenttien, kuten solukalvojen, proteiinien ja DNA:n, vaurioitumiseen ja voi siten laukaista taudin puhkeamisen. Nämä pienet epäorgaaniset molekyylit reagoivat itsenäisesti sekä koordinoidusti välittäen fysiologisia vasteita. Tämä katsaus tarjoaa yleiskatsauksen näiden avainmolekyylien redox-biologiasta, niiden monipuolisesta fysiologisten prosessien kannalta merkityksellisestä kemiasta ja niiden toisiinsa liittyvästä luonteesta solujen signaloinnissa.

    Katso kaikki Scopusin viittaavat artikkelit

    Suositellut artikkelit (6)

    • Tutkimusartikkeli

      Gd-dopingin vaikutus EuxGd1−x(TTA)3phenien absoluuttiseen kvanttitehokkuuteen ja elinikään

      Chinese Chemical Letters, osa 25, numero 6, 2014, s. 892-896

      Absoluuttinen kvanttituotto (Phi) on yksi tärkeimmistä parametreista arvioitaessa uusien materiaalien potentiaalia. Lantanidikompleksit EuxGd1−x(TTA)3phens syntetisoidaan suhteessa Gd3+seostusainepitoisuus vaihtelee 10 %:sta 90 %:iin absoluuttisen kvanttisaannon parantamiseksi. EuxGd1−x(TTA)3pheneillä on samanlaiset infrapuna- ja ultraviolettispektrit, mikä osoittaa, että niillä on samanlaiset molekyylirakenteet. Eu:n absoluuttiset päästökvanttituototxGd1−x(TTA)3phens määritetään käyttämällä fluoromax-4-spektrofluorometriä, joka on varustettu integroivalla pallolla. EU:n fluoresenssin elinajatxGd1−x(TTA)3phens mitataan samassa kokeessa. Havaittiin, että Eu:n sekä absoluuttiset kvanttisaadot että fluoresenssin elinajatxGd1−x(TTA)3phens vaihtelevat lähes jaksollisesti Gd:n muutoksen myötä3+seostusainepitoisuudet. Absoluuttinen kvanttitehokkuus ja fluoresenssin käyttöikä vaihtelevat Gd-pitoisuuden suhteen päinvastaisella tavalla, mikä osoittaa, että energian absorptionopeus EU:ssaxGd1−x(TTA)3phens ja muuntaminen valoenergiaksi on kriittistä absoluuttisen kvanttitehokkuuden kannalta. SäteilynopeusvakioKrja ei-säteilynopeusvakioKnrolasketaan. RiippuvuusKrjaKnroGd:llä3+seostusainepitoisuudet ovat hyvin samankaltaisia ​​kuin absoluuttisella kvanttitehokkuudella. SäteilynopeusvakioKrja absoluuttisella kvanttitehokkuudella on lineaarinen suhde.

    • Tutkimusartikkeli

      Oksovanadium(IV) N2O2-kompleksit 2,2'-dihydroksibentsofenonitiosemikarbatsonien kanssa: synteesi, EPR ja sähkökemialliset tutkimukset

      Polyhedron, osa 65, 2013, s. 67-72

      Syntetisoitiin 2,2'-dihydroksibentsofenonitiosemikarbatsonien S-alkyylitiosemikarbatsonijohdannaiset (alkyyli: metyyli, propyyli ja allyyli) ja niiden oksovanadium(IV)kelaatit. Yleiskaavan [VO(L)] kiinteät kompleksit karakterisoitiin alkuaineanalyysillä, magneettimittauksilla, IR-, UV-Vis- ja EPR-spektroskopialla. X-kaistan EPR-signaalit tallennetaan jauhemuodosta ja myös liuoksesta. Kaikilla näytteillä on yksi epäsymmetrinen viiva, ja teoreettiset sovitustutkimukset osoittivat aksiaalisen symmetrian olemassaolon paramagneettisten vanadiini-ionien ympärillä. Jokaisen näytteen EPR-spektrin tietokonesimulaatio on suoritettu asiaan liittyvien EPR-parametrien johtamiseksi. Syklisellä voltammetrialla (CV) tutkittujen kompleksien sähkökemialliset käyttäytymiset ovat samanlaisia. Ne antavat metallipohjaisen yhden elektronin kvasi-reversiibelin redox-parin lähellä 500 mV, joka vastaa VIV/VO-prosessi ja katodinen huippu lähellä −800 mV:n palautumatonta V:n vähenemistäIVO V:lleIIIO, jotka ovat yhdenmukaisia ​​hydrodynaamisten voltammogrammien kanssa. CV:iden lisähuiput, jotka kasvavat skannausnopeuden mukana, voidaan katsoa johtuvan ligandin peräkkäisestä yhden elektronin vähennyksestä.

    • Tutkimusartikkeli

      Polttoaineolosuhteiden vaikutus luonnonvaraisten tulipalojen esiintymiseen, leviämiseen ja kestoon: Alueellinen lähestymistapa

      Journal of Arid Environments, osa 120, 2015, s. 63–71

      Maastopalot vaikuttavat maapallon pintaan joka vuosi. Polttoaineolosuhteet vaikuttavat palon syttymiseen ja käyttäytymiseen; siksi niiden karakterisointi on tärkeää paloriskitutkimuksissa. Analysoimme kasvillisuuden olosuhteita, jotka vaikuttavat tulipalojen esiintymiseen, leviämiseen ja kestoon puolikuivaassa Argentiinassa satelliitti- ja täydentävien tietojen avulla. MODIS-spektritiedot ja GLC2000-kartta olivat tämän tutkimuksen pääsyötteitä. Analysoimme paloa edeltävien kasvillisuuden spektrivasteita läheisillä paikoillaan ja ajallisesti eri kokoisista ja pituisista paloista kärsineiden palamattomien alueiden ja paikkojen. Tulipalojen syttymiseen vaikutti enemmän polttoainekuormitus pensasmailla, maataloudessa ja aroilla kuin metsissä, joissa polttoaineen tila oli kriittisin. Erot palaneiden ja palamattomien alueiden välillä saavutettiin pensasmailla ja maataloudessa lyhyemmässä ajassa kuin aroilla ja metsissä polttoaineen paksuuden, tyypin ja hajoamistilan vuoksi. Kasvillisuusolosuhteet vaihtelivat myös palokokojen välillä. Pienempiä paloja edelsi runsaasti polttoainetta. 300 hehtaarin poltetun polttoaineen olosuhteet eivät liittyneet palon leviämiseen luultavasti muiden muuttujien vaikutuksesta. Palon kestoon vaikutti selvästi paloa edeltävä polttoainemäärä. Tuloksemme perusteella päätimme, että satelliittitiedot näyttävät olevan arvokas työkalu tulipalojen esiintymisen ja käyttäytymisen tutkimiseen sekä hyödyllisen tiedon tarjoamiseen palontorjuntaan.

    • Tutkimusartikkeli

      Hemipohjaisten sensorien molekyylimekanismit sedimenttiorganismeista, jotka kykenevät siirtämään solunulkoisia elektroneja

      Journal of Inorganic Biochemistry, osa 133, 2014, s. 104–109

      Biosähkökemialliset järjestelmät (BES) perustuvat sedimenttibakteerien aineenvaihduntaan, jotka pystyvät muodostamaan sähkögeenisiä biofilmejä sähkötyön tuottamiseksi. Ympäristö biofilmin paksuudella on vaihteleva, ja jotta solut säilyttäisivät elinkelpoisuutensa, ne tarvitsevat molekyylisensoreja, joiden avulla ne voivat mukauttaa aineenvaihduntansa ympäristöönsä. DcrA-anturi alkaenDesulfovibrio vulgarisja GSU 0582- ja 0935-anturialueetGeobacter sulfurreducensnäyttävät toimivan redox-antureina. SO2144-anturialue osoitteestaShewanella oneidensisMR-1 ja sytokromi c″ alkaenMethylophilus methylotrophusnäyttävät toimivan NO-antureina. Siitä huolimattaM. methylotrophusei tiedetä kolonisoivan elektrodeja BES:ssä, sytokromi c″:n karakterisointi havainnollistaa NO-tunnistuksen yleistä mekanismia, joka on samanlainen kuin BES:ssä käytetyt sedimenttibakteerien hemipohjaiset anturit. Kaikissa tapauksissa signaalin käynnistämät konformaatiomuutokset laukaisevat vasteen. Se, mikä näyttää erottavan nämä kaksi proteiiniryhmää toisistaan, on antureissa olevan hemin tasapaino. Redox-sensorien tapauksessa heemit näyttävät olevan matalan spin-rauta II, joita koordinoi aksiaalisesti kaksi proteiinijäännöstä. NO-sensorien tapauksessa hemi näyttää olevan korkea spin rauta II ja distaalinen koordinaatiokohta vapaana. Signaalien ja ligandien erottelun molekyyliemästen ymmärtäminen voi mahdollistaa biofilmin muodostumisen hienosäädön biosähkökemiallisissa järjestelmissä tai uusien biosensorien kehittämisen.

    • Tutkimusartikkeli

      Uuden 3-dyhdisteen: FeAlF2(C10H8N2)(HPO4)2(H2O) hydroterminen synteesi, rakenneselvitys, spektroskooppiset tutkimukset, lämpökäyttäytyminen ja luminesenssiominaisuudet

      Journal of Molecular Structure, osa 1134, 2017, s. 797-805

      Metallifosfaatin tutkimus on ollut proaktiivinen tutkimusala sen soveltavan ja tieteellisen merkityksen ansiosta erityisesti optisten laitteiden, kuten solid-state lasereiden sekä valokuitujen kehittämisen kannalta. Tämä artikkeli pyrkii tutkimaan synteesiä, kiderakennetta, alkuaineanalyysiä ja ominaisuuksiaFeAlF2(C10H8N2)(HPO4)2(H2O)yhdiste, joka on tutkittu spektroskooppisilla tutkimuksilla (FT-IR ja FT-Raman), lämpökäyttäytymisellä ja luminesenssilla. Hirshfeldin pinta-analyysi ja 2-D-sormenjälkidiagrammi on tehty näiden heikkojen vuorovaikutusten ja kiteiden koheesion käyttäytymisen tutkimiseksi. Tämä tutkimus osoittaa, että molekyylit ovat yhteydessä O-tyypin vetysidoksillaNitroksyylin (HNO) trans-vaikutus rautahemijärjestelmissä: Vaikutukset liukoisen guanylaattisyklaasin aktivoitumiseen HNO:lla (17)H⋯O ja ONitroksyylin (HNO) trans-vaikutus rautahemijärjestelmissä: Vaikutukset liukoisen guanylaattisyklaasin aktivoitumiseen HNO:lla (18)H⋯F. Lisäksi 2,2'-bipyridiiniligandilla on merkittävä rooli 3-D-supramolekyylirungon rakentamisessa π-π-pinoamisen kautta. FT‒IR- ja FT‒Raman-spektrejä käytettiin helpottamaan otsikon yhdisteen värähtelymuotojen vastuuta. Lämpöanalyysi (TGA) -tutkimus osoittaa massahäviön kehityksen lämpötilafunktiona. Lopuksi optiset ominaisuudet arvioitiin fotoluminesenssispektroskopialla.

    • Tutkimusartikkeli

      Pääkomponenttianalyysi yhdistettynä matriisiavusteiseen laserdesorptioionisaatiomassaspektrometriaan vakavaa masennusta sairastavien potilaiden seerumien nopeaan diagnosointiin

      Clinica Chimica Acta, osa 424, 2013, s. 175-181

      Aiemmin osoitimme, että 6 M HCl-hydrolyysi, jota seuraa matriisiavusteinen laserdesorptio/ionisaatio (MALDI-TOF) -massaspektrometria, on hyödyllinen tekniikka mahdollisten proteiinien biomarkkerien havaitsemiseksi seerumeista, jotka on kerätty vakavasta masennuspotilaista (MD) ja terveistä kontrolleista.

      Tässä tutkimuksessa tutkittiin ensin erilaisten orgaanisten happojen vaikutuksia seerumin proteiinien hydrolysoimiseen. MALDI-analyysissä yleisesti käytettyjä orgaanisia matriiseja tutkittiin myös hydrolysoituneiden peptidien karakterisoimiseksi. Lopuksi periaatekomponenttianalyysiä (PCA) käytettiin analysoimaan happohydrolysoitujen seeruminäytteiden MALDI-massaspektrit.

      Havaittiin, että 20 % TFA ja sinapiniinihappo olivat optimaaliset reagenssit hydrolyysille ja MALDI-matriisille. MD-potilailta ja terveiltä kontrolleilta kerätyt näytteet luokiteltiin helposti PCA-analyysin avulla. Vastaanottimen toimintaominaisuus (ROC) käyrä, joka perustuu kahden fragmentti-ionin intensiteettien suhteeseen (m/z8606 ja 9287), jotka on osoitettu PCA-kaaviolla, rakennettiin myös. Käyrän alla oleva pinta-ala oli 0,845; herkkyys ja spesifisyys olivat molemmat 80 %.

      Analyyttinen alusta, jossa käytettiin trifluorietikkahappoa seerumiproteiinien hydrolysoimiseen, minkä jälkeen MALDI-TOF/MS- ja PCA-analyysi kehitettiin seerumien erottamiseksi nopeasti MD-potilaiden ja terveiden kontrollien välillä.

    Näytä koko teksti

    Copyright © 2012 Elsevier Inc. Kaikki oikeudet pidätetään.

    Top Articles
    Latest Posts
    Article information

    Author: Greg O'Connell

    Last Updated: 29/06/2023

    Views: 5229

    Rating: 4.1 / 5 (42 voted)

    Reviews: 81% of readers found this page helpful

    Author information

    Name: Greg O'Connell

    Birthday: 1992-01-10

    Address: Suite 517 2436 Jefferey Pass, Shanitaside, UT 27519

    Phone: +2614651609714

    Job: Education Developer

    Hobby: Cooking, Gambling, Pottery, Shooting, Baseball, Singing, Snowboarding

    Introduction: My name is Greg O'Connell, I am a delightful, colorful, talented, kind, lively, modern, tender person who loves writing and wants to share my knowledge and understanding with you.