Metalloenzimek modellvegyületeinek szerkezeti jellemzése és reakciókészségük vizsgálata  részletek

súgó  nyomtatás 
vissza »

 

Projekt adatai

 
azonosító
75360
típus PD
Vezető kutató Pap József Sándor
magyar cím Metalloenzimek modellvegyületeinek szerkezeti jellemzése és reakciókészségük vizsgálata
Angol cím Structural and Reactivity Studies on Model Compounds of Metalloenzymes
magyar kulcsszavak metalloenzimek, metán monooxigenáz, szuperoxid dizmutáz, kataláz, vas, mangán, réz
angol kulcsszavak metalloenzymes, methane monooxygenase, superoxid dismutase, catalase, iron, manganese, copper
megadott besorolás
Fizikai kémia és elméleti kémia (Matematikai, Fizikai, Kémiai és Mérnöki Tudományok)100 %
Ortelius tudományág: Fizikai kémia
zsűri Kémia 1
Kutatóhely Kémiai Intézet Szerves Kémia Intézeti Tanszék (Pannon Egyetem)
projekt kezdete 2009-01-01
projekt vége 2011-12-31
aktuális összeg (MFt) 14.490
FTE (kutatóév egyenérték) 3.00
állapot lezárult projekt
magyar összefoglaló
Számos metalloenzim ismert, melynek aktív helyén oxo-, vagy karboxilát hidakkal összekapcsolva két fémion található. A jelen kutatási terv jórészt ilyen enzimek új modellrendszereinek kialakítására irányul. A szénhidrogének oxigénezését végző oldható metán monooxigenáz (sMMO), a fenolok oxidációjáért felelős pirokatechin oxidáz (CO) és a hidrogén-peroxid dizmutációját gyorsító kataláz (Cat) mind ebbe a csoportba sorolhatók. Az egyik legfontosabb különbség közöttük a fémion kofaktor minősége: a sMMO vas(II)-, a CO réz(II)-, míg a Cat mangán(II)-tartalmú. Ennek megfelelően célunk a modelljeikhez új, kétmagvú komplexek képzésére alkalmas ligandumok előállítása, amelyek képesek az enzimekéhez hasonló közti termékek képzésére. A tervezett ligandumok hídcsoportjának változtatható szerkezeti sajátsága termodinamikailag stabil és katalitikusan aktív modellek előállítását egyaránt lehetővé teszi. Előbbiek az enzimatikus működés megértését segíthetik az oxo- és peroxo-intermedierek szerkezetvizsgálatán keresztül, míg utóbbiak gyakorlati szempontból lehetnek hasznosak. Kiemelt törekvésünk szénhidrogének oxigénezésére alkalmas katalizátorok (sMMO modellek) előállítása. További cél egy Mn-tartalmú szuperoxid dizmutáz (SOD) modell szintézise, sztérikusan gátolt, egymagvú komplex képzésére tervezett ligandummal, ami elvezethet egy gyógyászatban alkalmazható, mesterséges enzimhelyettesítőhöz.
angol összefoglaló
Numerous metalloenzymes are known to bind two metal ions at the active site bridged by oxo-, or carboxylato-ligands. The present research plan primarily aims to provide new model systems for such metalloenzymes. The hydrocarbon monooxygenating soluble methane monooxygenase (sMMO), the catechol oxidase (CO) that is responsible for the oxidation of phenols, and the hydrogen peroxide dismutating catalase (Cat) all belong to this group. One of the major differences between them, however, is the metal ion cofactor they bind: the sMMO is iron(II)-, the CO is copper(II)-, whereas the Cat is manganese(II)-containing. Accordingly, the aim is to synthesize new dinucleating ligands for their model complexes that are capable of forming enzyme-like intermediates. The variable structural feature of the bridging moiety in these ligands can make thermodynamically stable and catalytically active models equally attainable. The former would help to understand the enzymatic function by the structural characterization of oxo- and peroxo-intermediates, while the latter could be useful in synthetic chemistry. Our primary objective is to develop efficient catalytic systems for hydrocarbon oxygenation (sMMO models). A further aim is to synthesize a Mn-containing superoxide dismutase (SOD) enzyme model with a sterically hindered mononucleating ligand. This could lead to the development of an artificial enzyme-substituting agent for therapeutic applications.





 

Zárójelentés

 
kutatási eredmények (magyarul)
Posztdoktori pályázatom célkitűzése olyan metalloenzimek modellezése volt, amelyek képesek a dioxigén, vagy annak származékai (szuperoxid gyök-anion, hidrogén-peroxid) szelektív reakcióinak elősegítésére az aktív helyükön kötött változatos fémionok segítségével. Vastartalmú oxigenáz modellek vizsgálata során egyes esetekben peroxo- és oxo-hidas intermediereket sikerült azonosítanunk, valamint katalitikus rendszereket dolgoztunk ki alkoholok és aminosavak szelektív oxidációjára, továbbá pirokatechin oxidatív gyűrűhasítási reakciójára. A szuperoxid gyök-anion bomlását katalizáló, Mn-, Fe-, Co- és Cu-tartalmú, valamint a hidrogén-peroxid bomlását gyorsító Mn-tartalmú rendszereket is kidolgoztunk. Ezek segítségével azonosítottuk a közvetlen koordinációs szférában és a mikrokörnyezetben történt módosítások hatását az enzimutánzó aktivitásra. Általános megfigyelés volt, hogy a szuperoxid dizmutáz modelleknél fontos szerepet tölt be a fém redox-sajátsága, de egyes esetekben a különböző komplexek aktivitása közötti különbségek csak a ligandumok periferiális csoportjainak eltéréséivel voltak magyarázhatóak. Utóbbi hatások érvényesültek a hidrogén-peroxidot bontó kataláz modelleknél is.
kutatási eredmények (angolul)
The main objective of this postdoctoral project was the modeling of metalloenzymes that promote selective reactions of dioxygen, or reduced derivatives of dioxygen (superoxide radical anion and hydrogen peroxide) with the help of the various metal ions bound at their active sites. During the study of iron-containing oxygenase models in some cases peroxo- and oxo-bridged intermediates were identified, moreover, catalytic systems for the selective oxidation of alcohols, amino acids and for the oxidative ring-cleavage of catechol have been developed. Mn-, Fe-, Co- and Cu-containing systems to catalyze dismutation of superoxide (superoxide dismutase models), and Mn-containing models to accelerate dismutation of hydrogen-peroxide (catalase models) were also investigated. With the help of these models the effect of the modifications in the inner-sphere- and microenvironment have been elucidated. A general observation was that the redox potential of the metal center has a key role in superoxide dismutase models, but in special cases an explanation for the differing activities was only possible considering the peripheral substituents on the ligands. The latter effect was responsible for the activity of catalase models, too.
a zárójelentés teljes szövege https://www.otka-palyazat.hu/download.php?type=zarobeszamolo&projektid=75360
döntés eredménye
igen





 

Közleményjegyzék

 
Pap JS, Matuz A, Baráth G, Kripli B, Giorgi M, Speier G: Bio-inspired flavonol and quinolone dioxygenation by a non-heme iron catalyst modeling the action of flavonol and 3-hydroxy-4(1H)-quinolone 2,4-dioxygenases, J. Inorg. Biochem. 108, 15-21, 2012
Pap JS, Bányai V, Szilvási DS, Kaizer J, Speier G, Giorgi M: Influence of meridional N3-ligands on supramolecular assembling and redox behavior of carboxylatocopper(II) complexes, Inorg. Chem. Commun., 2011
Long AKM, Timmer GH, Pap JS, Snyder JL, Yu RP, Berry JF: Aryl C-H Amination by Diruthenium Nitrides in the Solid State and in Solution at Room Temperature: Experimental and Computational Study of the Reaction Mechanism, J. Am. Chem. Soc. 133, 13138-13150, 2011
Pap JS, Kripli B, Bányai V, Giorgi M, Korecz L, Gajda T, Árus D, Kaizer J, Speier G: Tetra-, penta- and hexacoordinate copper(II) complexes with N3 donor isoindoline-based ligands: Characterization and SOD-like activity, Inorg. Chim. Acta 376, 158-169, 2011
Pap JS, Kripli B, Váradi T, Giorgi M, Kaizer J, Speier G: Comparison of the SOD-like Activity of Hexacoordinate Mn(II), Fe(II) and Ni(II) Complexes Having Isoindoline-Based Ligands, J. Inorg. Biochem. 105, 911-918, 2011
Pap JS, Kripli B, Giorgi M, Kaizer J, Speier G: Redox properties of cobalt(II) complexes with isoindoline-based ligands, Transit. Metal Chem. 36, 481-487, 2011
Baráth G, Rácz G, Speier G, Pap JS, Kaizer J, Giorgi M: Crystal structure of [3-(N-methyl-2-pyridyl-N-hydroxymethyl-2-pyridyl)-aminopropionic acid-4N,N',N'',O] (flavonolato-2O,O')cobalt(III) chloride — water (1:2), [Co(C15H17N3O3)(C15H9O3)]Cl•2H2O, Z. Kristallogr. NCS 226, 414-416, 2011
Pap JS, Szywrial L, Rowinska-Zyrek, Nikitin K, Fritsky IO, Kozlowski H: An efficientcopper(III)catalyst in the four electron reduction of molecular oxygen by L-ascorbic acid, J. Mol. Catal. A - Chem. 334, 77-82, 2011
Pap JS, Horváth B, Kaizer J, Speier G: Synthesis and catalase-like activity of dimanganese complexes with phthalazine-based ligands, Transit. Metal Chem. 36, 603-609, 2011
Kripli B, Baráth G, Balogh-Hergovich É, Giorgi M, Simaan AJ, Párkányi L, Pap JS, Kaizer J, Speier G: Correlation between the SOD-like activity of hexacoordinate iron(II) complexes and their Fe3+/Fe2+ redox potentials, Inorg. Chem. Commun. 14, 205-209, 2011
Kaizer J, Pap JS, Speier G: Copper Dioxygenases, Copper-Oxygen Chemistry, Editors: Kenneth D. Karlin, Shinobu Itoh, John Wiley & Sons, Inc., Hoboken, New Jersey, 2011, chapter 2, p. 23-52, 2011
Kaizer J, Pap JS, Speier G: Iron and Manganese-Containing Flavonol 2,4-Dioxygenase Mimics, On Biomimetics, Editor: L. D. Pramatarova, InTech (2011), p. 30-42, 2011
J. S. Pap, J. Kaizer, G. Speier: Model systems for the CO-releasing flavonol 2,4-dioxygenase enzyme, Coord. Chem. Rev. 254, 781-793, 2010
Baráth G, Kaizer J, Pap JS, Speier G, El Bakkali-Taheri N, Simaan AJ: Bio-inspired amino acid oxidation by a non-heme iron catalyst modeling the action of 1-aminocyclopropane-1-cyrboxylic acid oxidase, Chem. Commun. 46, 7391-7393, 2010
J. S. Pap, J. Kaizer, G. Speier, M. Giorgi: Molecular and electronic structure of a trinuclear oxo-centred Iron(III) complex with trigonal bipyramidal metal sites, Inorg. Chem. Commun. 13, 1069-1073, 2010
Bányai V.; Pap J. S.; Kaizer J.; Speier G.: Fenilglioxiláto-réz(II) komplexek előállítása és vizsgálata, XLV. Komplexkémiai Kollokvium, Mátraháza, 2010. május 26-28. Előadáskivonatok 3. o., 2010
Pap J. S.; Kaizer J.; Michel G.; Speier G.: Egy mü3-oxotrivas(III) komplex jellemzése, XLV. Komplexkémiai Kollokvium, Mátraháza, 2010. május 26-28. Előadáskivonatok 2. o., 2010
Váradi T.; Pap J. S.; Kaizer J.; Speier G.: Mangán-tartalmú szuperoxid dizmutáz utánzó komplexek előállítása és aktivitásának vizsgálata, XLV. Komplexkémiai Kollokvium, Mátraháza, 2010. május 26-28. Előadáskivonatok 24. o., 2010
G. Baráth, Pap, J. S.; Kaizer, J.; Simaan, A. J.; Speier, G.: Studies on functional 1-aminocyclopropane-1-carboxylic acid oxidase, 10th European Biological Inorganic Chemistry Conference, 22-26 June 2010, Thessaloniki, Greece Abstracts p. 312, 2010
Bányai, V.; Pap, J. S.; Kaizer, J.; Speier, G.; Giorgi, M.; Párkányi, L.: Isoindoline Complexes of Copper as Models for a-Ketoglutarate-Dependent Enzymes, 10th European Biological Inorganic Chemistry Conference, 22-26 June 2010, Thessaloniki, Greece Abstracts p. 435, 2010
Pap J S; Snyder JL; Piccoli PMB; Berry JF: Chloro and Azido Diruthenium Complexes Bearing Electron-Rich N,N’,N’’-Triphenylguanidinate Ligands, Inorg. Chem., 48, 9846-9852, 2009
Kaizer J; Pap JS; Speier G: Metalloenzimek modellezése, Magyar Kémikusok Lapja, MKL. LXIV, 258-261, 2009
Pap J S: Versatility in a „Simple” Redox-Active System: Solution Behaviour of Square Planar [PtII(tbpy)(dithiolate.)]+ Radicals, COST ACTION CM0603 „Free Radicals in Chemical Biology” WG Meeting, May 23-25, Balatonalmádi, Hungary Abstracts P18, 2009
Pap JS; DeBeer George S; Berry JF: Fém-fém kötésü diruténium-vegyületek: delokalizáció egy fém-fém-ligandum többszörös kötésrendszerben, XLIV. Komplexkémiai Kollokvium, Siófok, május 27-29. Előadáskivonatok 7.o., 2009
Pap JS; Kripli B; Kaizer J; Speier G: Iron, manganese and copper chelating properties of novel 3N-donor ligands, ICABC10, 10th International Symposium on Applied Bioinorganic Chemistry, Sept. 25-28, Debrecen, Hungary Book of Abstracts P23, 2009
Kaizer J; Pap JS; Speier G: 3-Hidroxiflavonok oxidációja, oxigénezése, MTA Flavonolkémiai Munkabizottság Tudományos Előadóülése, dec. 7., MTA, KKKI, Budapest, Hungary, 2009




vissza »