Приготовление SNS Cobalt (II) Пинцер Модель комплексов печени Алкоголь Дегидрогеназы
Summary
Здесь представлена подготовка модельных комплексов SNS-клещевого кобальта (II) дегидрогеназы печени. Комплексы могут быть подготовлены путем реагирования на лигандовый предшественник с CoCl2No6H2O, а затем могут быть recrystallized, позволяя диэтил эфир медленно диффузного раствора, который содержит комплекс кобальта.
Abstract
Химические модельные комплексы подготовлены для представления активного участка фермента. В этом протоколе, семейство трезубца клещевых лиганских прекурсоров (каждый из которых обладает двумя серными и одними атомными функциональными возможностями атома азотного донора (SNS) и на основе бис-имидазола или бис-триазола соединений) металлоконструкции с CoCl26H2O, чтобы позволить себе трезубца SNS pincer кобальта кобальта (II) комплексов. Приготовление кобальтовых (II) модельных комплексов для дегидрогеназы печени является легкой. На основе быстрого изменения цвета при добавлении CoCl2No 6H2O в ацетонитрил решение, которое содержит лиганд овый предшественник, комплекс формируется быстро. Формирование металлического комплекса завершено после того, как раствор может рефлюкс ночь. Эти кобальтовые (II) комплексы служат образцом для активного участка цинка в дегидрогеназе печени (LADH). Комплексы характеризуются с использованием однокристаллической рентгеновской дифракции, масс-спектрометрии электроспрей, ультрафиолетовой видимой спектроскопии и элементарного анализа. Для точного определения структуры комплекса необходимо определить его единую кристаллическую структуру. Одиночные кристаллы комплексов, пригодных для рентгеновской дифракции, затем выращиваются с помощью медленного распространения диэтилового эфира в раствор ацетонитрила, который содержит комплекс кобальта (II). Для кристаллов высокого качества, recrystallization типично осуществляет над периодом 1 недели, или более длиной. Метод может быть применен к подготовке других модельных координационных комплексов и может быть использован в учебных лабораториях. Наконец, считается, что другие могут найти этот метод рекристаллизации для получения отдельных кристаллов полезным для их исследований.
Introduction
Целью представленного метода является подготовка маломолекулярных аналогов LADH для дальнейшего понимания каталитической активности металлоэнзимов. LADH является димерическим ферментом, который содержит кофакторно-связывающий домен и цинк (II) металлосодержащий каталитический домен1. LADH, в присутствии кофактора NADH, может уменьшить кетоны и альдегиды до их соответствующих производных алкоголя2. В присутствииNAD, LADH может выполнять обратный катализ окисления спиртов кетонов и альдегидов2. Кристаллическая структура активного участка LADH показывает, что его цинк (II) металлический центр связан с одним атомом азота, предоставляемым гистидиновой боковой цепью и двумя атомами серы и предлагаемых двумя цистеиновыми лигандами3. Дальнейшие исследования показали, что центр цинка металла ligated с молекулой воды лабильно, в результате чего псевдо-тетраэдральной геометрии вокруг металлического центра4.
Мы ранее сообщали и использовали Прекурсоры SNS pincer ligand, а также металлоконструкции лигандовых прекурсоров с комплексами NCl2, чтобы сформировать комплексы ,n(II), которые содержат прекурсор трезубца ligand5,,6,7. Эти лиганды предшественники показаны на рисунке 1. Эти цинковые комплексы продемонстрировали активность для стойхиометрического сокращения электроно-бедных альдегидов и, таким образом, являются модельными комплексами для LADH. Впоследствии, синтез и характеристика серии медных (I) и медных (II) комплексов, которые содержат Прекурсоры SNS ligand были зарегистрированы8,,9,10.
Хотя LADH является ферментом цинка (II), мы заинтересованы в подготовке кобальтовых (II) модельных комплексов LADH для получения дополнительной спектроскопической информации об аналогах кобальта (II) LADH. Комплексы кобальта (II) окрашены, в то время как цинковые (II) комплексы небелые. Поскольку комплексы кобальта (II) являются цветными, можно получить ультрафиолетовые видимые спектры комплексов, в которых также можно собирать информацию о прочности лигандного поля в комплексах кобальта (II). Используя информацию из гауссских расчетов и экспериментально полученные ультрафиолетовые видимые спектры, можно вывести информацию о прочности лигандного поля. Cobalt (II) является хорошей заменой цинка (II), так как оба иона имеют аналогичные ионные радиусы и аналогичные кислотыЛьюис1,12.
Представленный метод включает в себя синтез и характеристику модельных комплексов, чтобы попытаться имитировать естественное каталилитическое поведение LADH5,6. Ранее мы металлизировали семейство лигандовых прекурсоров2 с модельными комплексами цинка (II) LADH, которые смоделировали структуру и реактивность активного участка цинка в LADH4. Благодаря многочисленным экспериментам, эти лиганды клещей оказались надежными в различных условиях окружающей среды и остались стабильными с разнообразной коллекцией прикрепленных R-групп. 5,6
Tridentate лиганды предпочтительнее по сравнению с монодентатными лигандами, потому что они оказались более успешными с металлированием из-за сильных эффектов хелата трезубца. Это наблюдение связано с более благоприятствования энтропии tridentate клещевых лиганд формирования по сравнению с монодентатом лиганд13. Кроме того, tridentate клещи лиганды, вероятно, для предотвращения димеризации металлических комплексов, что является благоприятствования, поскольку димеризация, вероятно, замедлит каталитической активности комплекса14. Таким образом, использование трезубца клещевых лигандов оказалось успешным в органометрической химии при подготовке каталитических активных и надежных комплексов. Комплексы SNS клещи были менее изучены, чем другие системы клещевого, так как комплексы клещевого содержания обычно содержат второе и третьеряду переходные металлы15.
Это исследование металлоэнзиминов может помочь дальнейшему пониманию их ферментатической активности, которая может быть применена к другим областям биологии. Этот метод синтеза модельных комплексов по сравнению с альтернативным методом (синтез всего белка LADH) является благоприятным по ряду причин. Первое преимущество заключается в том, что типовые комплексы имеют низкую молекулярную массу и по-прежнему способны точно представлять каталитической активности и условия окружающей среды активного участка природного фермента. Во-вторых, типовые комплексы проще работать с надежными и релятивируемыми данными.
Данная рукопись описывает синтетическую подготовку и характеристику двух комплексов моделей клещевого клещевого кобляка LADH. Оба комплекса оснащены лиганом, который содержит атомы серы, азота и серы донора. Первый комплекс(4)основан на предшественнике имидазола, а второй (5) основан на предшественнике триазола. Комплексы показывают реактивность для снижения стоихиометрии электронов бедных альдегидов в присутствии водородного донора. Эти результаты реактивности будут сообщены в последующей рукописи.
Protocol
Representative Results
Discussion
Подготовка комплексов 4 и 5 является легкой. Ключевым шагом является добавление твердого CoCl2No6H2O в ацетонитрил решение, которое содержит соответствующий лигный предшественник. Раствор становится темно-зеленым в течение нескольких секунд после добавления C…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Джон Мичниковски получил финансовую поддержку от следующего для этого проекта: Коннектикут НАСА космических грантов альянса (награда номер P-1168), Фэрфилд университет Научный институт, Колледж искусств и наук Издательский фонд, Фэрфилд Летний научно-исследовательский стипендий факультета университета, и Национальный научный фонд-основные исследовательские инструменты программы (Грант номер CHE-1827854) для средств для приобретения 400 МГц NMR спектрометр. Он также благодарит Теренса Ву (Yale University) за помощь в приобретении электроспрей масс-спектра. Джерри Jasinski признает Национальный научный фонд-основные исследовательские инструменты программы (Грант номер CHE-1039027) для средств на покупку рентгеновского диффрактометра. Шейла Бонитатибус, Эмильсе Альманза, Рами Харбуш и Саманта Зигмонт признают, что программа ученых Хардимана предоставляет свои летние стипендии на исследования.
Materials
| 100 mL Round Bottomed Flask | Chem Glass | CG150691 | 100mL Single Neck Round Bottomed Flask, 19/22 Outer Joint |
| Acetonitrile | Fisher | HB9823-4 | HPLC Grade |
| Chiller for roto-vap | Lauda | L000638 | Alpha RA 8 |
| Cobalt Chloride hexahydrate | Acros Organics | AC423571000 | Acros Organics |
| Diethyl Ether | Fisher | E-138-1 | Diethyl Ether Anhydorus |
| graduated cylinder | Fisher | S63456 | 25 mL graduated cylinder |
| hotplate | Fisher | 11-100-49SH | Isotemp Basic Stirring Hotplate |
| jars | Fisher | 05-719-481 | 250 mL jars |
| Ligand | —– | —– | Synthezied previously by Professor Miecznikowski |
| medium cotton balls | Fisher | 22-456-80 | medium cotton balls |
| one dram vials | Fisher | 03-339 | one dram vials with TFE Lined Cap |
| pipet | Fisher | 13-678-20B | 5.75 inch pipets |
| pipet bulbs | Fisher | 03-448-21 | Fisher Brand Latex Bulb for pipet |
| recrystallizing dish for sand bath | Fisher | 08-741 D | 325 mL recrystallizing dish for sand bath |
| reflux condensor | Chem Glass | CG-1218-A-22 | Condenser with 19/22 inner joint |
| Rotovap | Heidolph Collegiate | 36000090 | Brinkmann; Heidolph Collegiate Rotary Evaporator with Heidolph WB eco bath Heidolph Rotary Evaporator |
| sea sand for sandbath | Acros Organics | 612355000 | washed sea sand for sand bath |
| Stir bar | Fisher | 07-910-23 | Egg-Shaped Magnetic Stir Bar |
| Vacum grease | Fisher | 14-635-5D | Dow Corning High Vacuum Grease |
| vacuum pump for rotovap | Heidolph Collegiate | 36302830 | Heidolph Rotovac Valve Control |
References
- Holm, R. H., Kennepohl, P., Solomon, E. I. Structural and Functional Aspects of Metal Sites in Biology. Chemical Reviews. 96 (7), 2239-2314 (1996).
- Ibers, J. A., Holm, R. H. Modeling coordination sites in metallobiomolecules. Science. 209 (4453), 223-235 (1980).
- Kannan, K. K., et al. Crystal structure of human erythrocyte carbonic anhydrase B. Three-dimensional structure at a nominal 2.2-A resolution. Proceedings of the National Academy of Sciences USA. 72 (1), 51-55 (1975).
- Eklund, H., Brändén, C. I. Structural differences between apo- and holoenzyme of horse liver alcohol dehydrogenase. Journal of Biological Chemistry. 254, 3458-3461 (1979).
- Miecznikowski, J. R., et al. Syntheses, Characterization, Density Functional Theory Calculations and Activity of Tridentate SNS Zinc Pincer Complexes. Inorganica Chimica Acta. 376, 515-524 (2011).
- Miecznikowski, J. R., et al. Syntheses, Characterization, Density Functional Theory Calculations, and Activity of Tridentate SNS Zinc Pincer Complexes Based on Bis-Imidazole or Bis-Triazole Precursors. Inorganica Chimica Acta. 387, 25-36 (2012).
- Sunderland, J. R., et al. Investigation of liver alcohol dehydrogenase catalysis using an NADH biomimetic and comparison with a synthetic zinc model complex. Polyhedron. 114, 145-151 (2016).
- Miecznikowski, J. R., et al. Synthesis and characterization of three- and five-coordinate copper(II) complexes based SNS ligand precursors. Polyhedron. 80, 157-165 (2014).
- Miecznikowski, J. R., et al. Synthesis, Characterization, and Computational Study of Three-Coordinate SNS Copper(I) Complexes based on Bis-Thione Ligand Precursors. Journal of Coordination Chemistry. 67, 29-44 (2014).
- Lynn, M. A., et al. Copper(I) SNS Pincer Complexes: Impact of Ligand Design and Solvent Coordination on Conformer Interconversion from Spectroscopic and Computational Studies. Inorganica Chimica Acta. 495, (2019).
- . Web Elements Available from: https://www.webelements.com/zinc/atom_sizes.html (2019)
- . Web Elements Available from: https://www.webelements.com/cobalt/atom_sizes.html (2019)
- Caballero, A., Díez-Barra, E., Jalón, F. A., Merino, S., Tejeda, J. 1,1′-(pyridine-2,6-diyl)bis(3-benzyl-2,3-dihydro-1H-imidazol-2-ylidine), a new multidentate N-heterocyclic bis-carbene and its silver(I) complex derivative. Journal of Organometallic Chemistry. 617-618, 395-398 (2001).
- Albrecht, M., van Koten, G. Platinum Group Organometallics Based on “Pincer” Complexes: Sensors, Switches, and Catalysis. Angewandte Chemie International Edition. 40 (20), 3750-3781 (2001).
- Peris, E., Crabtree, R. H. Key factors in pincer ligand design. Chemistry Society Reviews. 47, 1959-1968 (2018).
- Dolomanov, O. V., Bourhis, L. J., Gildea, R. J., Howard, J. A. K., Puschmann, H. A complete structure, solution, refinement, and analysis program. Journal of Applied Crystallography. 42, 339-341 (2009).
- Sheldrick, G. M. Integrated Space Group and Crystal Structure Determination. Acta Crystallography. 71, 3-8 (2015).
- Sheldrick, G. M. Crystal Structure Refinement with SHELXL. Acta Crystallography. 71, 3-8 (2015).
- Pauling, L. Metal-metal bond lengths in complexes of transition metals. Proceedings of the National Academies of the Sciences of the United States of America. 73, 4290-4293 (1976).
- Trzhtsinskaya, B. V., Abramova, N. D. Imidazole-2-Thiones: Synthesis, Structure, Properties. Sulfur Reports. 10 (4), 389 (1991).
- Schneider, G., Eklund, H., Cedergren-Zeppezauer, E., Zeppezauer, M. Crystal structure of the active site in specifically metal-depleted and cobalt substituted horse liver alcohol dehydrogenase derivatives. Proceedings of the National Academies of the Sciences of the United States of America. 80, 5289-5293 (1983).
- Yang, L., Powell, D. R., Houser, R. P. Structural variation in copper(I) complexes with pyridylmethylamide ligands: structural analysis with a new four-coordinate geometry index, τ4. Dalton Transactions. , 955-964 (2007).
