Authors
Contact Us

Sign In

A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.

In This Article

  • Summary
  • Abstract
  • Introduction
  • Protocol
  • النتائج
  • Discussion
  • Disclosures
  • Acknowledgements
  • Materials
  • References
  • Reprints and Permissions

Summary

يتم تقديم إعداد SNS pincer الكوبالت (II) نماذج المجمعات من الكبد الكحول ديهيدروجيناز هنا. يمكن إعداد المجمعات عن طريق التفاعل مع السلائف ligand CoCl2· 6H2O ويمكن بعد ذلك إعادة تبلورها عن طريق السماح للأثير الديثيل لنشر ببطء في حل الأسيتونتريل الذي يحتوي على مجمع الكوبالت.

Abstract

المجمعات النموذجية الكيميائية مستعدة لتمثيل الموقع النشط للإنزيم. في هذا البروتوكول، يتم تثبيت عائلة من السلائف الليزوية المنجلة المنجلة (كل منها تمتلك اثنين من الكبريت وواحد وظائف ذرة متبرع النيتروجين (SNS) واستنادًا إلى مركبات bis-imidazole أو bis-triazole) مع CoCl2· 6H2O لتحمل مركبات ترايدنتت SNS pincer Cobalt (II). إعداد المجمعات نموذج الكوبالت (II) لdehydrogenase الكحول الكبد هو سهل. استنادا إلى تغيير اللون السريع عند إضافة CoCl2· 6H2O إلى حل الأسيتونتريل الذي يحتوي على السلائف ligand، وأشكال معقدة بسرعة. اكتمال تشكيل المجمع المعدني بعد السماح للمحلول بالجزر بين عشية وضحاها. هذه المجمعات الكوبالت (II) بمثابة نماذج لموقع الزنك النشط في الكبد الكحول ديهيدروجيناز (LADH). تتميز المجمعات باستخدام حيود الأشعة السينية الكريستالية المفردة ، وقياس الطيف الكتلي الكهربائي ، والطيف المرئي فوق البنفسجي ، والتحليل الأولي. لتحديد بنية المجمع بدقة ، يجب تحديد هيكلها البلوري الواحد. ثم تزرع بلورات واحدة من المجمعات التي هي مناسبة لحيود الأشعة السينية عن طريق نشر بخار بطيء من الأثير الديثيل في محلول الأسيتونتريل الذي يحتوي على مجمع الكوبالت (II). بالنسبة للبلورات عالية الجودة ، عادة ما تتم إعادة التبلور على مدى فترة أسبوع واحد ، أو أكثر. ويمكن تطبيق هذه الطريقة على إعداد مجمعات التنسيق النموذجية الأخرى ويمكن استخدامها في مختبرات التدريس الجامعية. وأخيرا، يعتقد أن الآخرين قد تجد هذه الطريقة إعادة التبلور للحصول على بلورات واحدة مفيدة لأبحاثهم.

Introduction

الغرض من الطريقة المعروضة هو إعداد القياس جزيء صغير من LADH لمزيد من فهم النشاط الحفاز للإنزيمات المعدنية. LADH هو إنزيم خافت يحتوي على مجال ربط عامل مساعد ومجال حفاز يحتوي على الزنك (II) مع المعادن1. LADH، في وجود NADH العامل المشارك، يمكن أن تقلل من الكيتونات والألدهيدات لمشتقات الكحول الخاصة بهم2. في وجود NAD+، LADH يمكن أن تؤدي الحفز العكسي من أكسدة الكحول إلى الكيتونات والألدهيدات2. يظهر الهيكل البلوري لموقع LADH النشط أن مركز الزنك (II) المعدني مرتبط بذرة نتروجين واحدة ، مقدمة من سلسلة جانب الهستيدين وذرتي كبريت ويقدمه اثنان من السيستين ليغاند3. وقد أظهرت أبحاث أخرى أن مركز الزنك المعدني هو رباط مع جزيء الماء اللابيلي، مما أدى إلى هندسة رباعية زائفة حول مركز المعدن4.

لقد أبلغنا في وقت سابق ونستخدم SNS pincer ligand السلائف وكذلك metallated السلائف ligand مع ZnCl2 لتشكيل Zn (II) المجمعات التي تحتوي على السلائف الليغاند tridentate5،6،7. وترد هذه السلائف ligand في الشكل 1. أظهرت هذه المجمعات الزنك (II) نشاط للحد من الألدهيدات الفقراء الإلكترونوبالتالي هي مجمعات نموذجية لLADH. في وقت لاحق، تم الإبلاغ عن توليف وتوصيف سلسلة من النحاس (I) والنحاس (II) المجمعات التي تحتوي على سلائف الليغاند SNS8،9،10.

على الرغم من أن LADH هو إنزيم الزنك (II) ، فإننا مهتمون بإعداد مجمعات نموذج الكوبالت (II) من LADH من أجل الحصول على مزيد من المعلومات الطيفية حول نظائر الكوبالت (II) من LADH. المجمعات الكوبالت (II) ملونة، في حين أن مجمعات الزنك (II) هي خارج الأبيض. وبما أن مجمعات الكوبالت (II) ملونة، يمكن الحصول على أطياف الأشعة فوق البنفسجية المرئية للمجمعات، حيث يمكن أيضًا جمع معلومات حول قوة حقل ليغاند في مجمعات الكوبالت (II). باستخدام المعلومات من الحسابات غاوسي والأطياف المرئية فوق البنفسجية التي تم الحصول عليها تجريبيا، يمكن استنتاج المعلومات حول قوة حقل ليغاند. الكوبالت (II) هو بديل جيد للزنك (II) ، لأن كلا الأيونات تحتوي على إشعاعي أيوني مماثل وحمضيات لويس مماثلة11،12.

الأسلوب المعروض ينطوي على توليف ووصف المجمعات نموذج في محاولة لتقليد السلوك الحفاز الطبيعي من LADH5,6. لقد قمنا في السابق بإنشاء مجموعة من السلائف مع ZnCl2 لتشكيل مجمعات نموذج الزنك (II) من LADH ، والتي تم تشكيلها على غرار بنية وتفاعل موقع الزنك النشط في LADH4. من خلال تجارب متعددة ، أثبتت هذه اللجان أن تكون قوية في ظل ظروف بيئية مختلفة وظلت مستقرة مع مجموعة متنوعة من مجموعات R المرفقة. 5،6

Tridentate ligands هي الأفضل بالمقارنة مع ligands monodentate ، لأنه تم العثور على أن تكون أكثر نجاحا مع metalation بسبب آثار chelate قوية من الليغاندات ترايدنتت. هذه الملاحظة يرجع إلى إنتروبيا أكثر تفضيلا من تشكيل الليغاند الكمرة ترايدنتت بالمقارنة مع ليغاند monodentate13. وعلاوة على ذلك، tridentate الكماشة ليغاند من المرجح أن تمنع التمممن من المجمعات المعدنية، وهو المفضل لأن الخافتة من المرجح أن تبطئ النشاط الحفاز للمجمع14. وهكذا، فإن استخدام الليغاندات المعسرة المنقطة قد أثبتت نجاحها في الكيمياء العضوية المعدنية في إعداد المجمعات النشطة والقوية الحفازة. وقد تم أقل SNS المجمعات الكماشة درس من أنظمة pincer الأخرى، كما المجمعات pincer عادة ما تحتوي على ثاني وثالث المعادن الانتقالالصف 15.

هذا البحث على المعادنالانزيمات يمكن أن تساعد على زيادة فهم نشاطها الأنزيمي، والتي يمكن تطبيقها على مجالات أخرى في علم الأحياء. هذه الطريقة في توليف المجمعات النموذجية مقارنة مع الطريقة البديلة (توليف البروتين بأكمله من LADH) مواتية لعدد من الأسباب. الميزة الأولى هي أن المجمعات النموذجية منخفضة في الكتلة الجزيئية ولا تزال قادرة على تمثيل النشاط الحفاز والظروف البيئية للموقع النشط للإنزيم الطبيعي بدقة. ثانياً، المجمعات النموذجية أبسط للعمل مع البيانات الموثوقة والقابلة للربط وإنتاجها.

تصف هذه المخطوطة الإعداد الصناعي وتوصيف مجمعين نموذج الكاسر الكوبالت (II) من LADH. كلا المجمعين ميزة ليغاند الكماشة التي تحتوي على ذرات المتبرع الكبريت والنيتروجين والكبريت. ويستند المجمع الأول(4)على سلائف imidazole، والثاني(5)ويستند على سلائف تريازول. تظهر المجمعات التفاعل للحد من قياس التقويات للإلكترونات الألدهيدات الفقيرة في وجود متبرع بالهيدروجين. سيتم الإبلاغ عن نتائج التفاعل هذه في مخطوطة لاحقة.

Protocol

1- توليف الكلورو-(ن 3-S,S,N)-[2,6-bis(N-isopropyl-N'-methyleneimidazole-2-thione)pyridine]cobalt(II)tetrachlorocobaltate [4]3

  1. لإعداد المجمع 4،إضافة 0.121 غرام (3.12 ×10-4 مول) من 2،6-bis (N-isopropyl-N'-methyleneimidazole-2-thione) البيريدين (C19H25N5S2)6 إلى 15 مل من الأسيتونتريل في قارورة قاع مستديرة 100 مل. بعد ذلك ، إلى هذا الحل ، أضف 0.0851 غرام (3.58 × 10-4 مول) من كلوريد الكوبالت (II) سداسي الهيدرات (CoCl2· 6H2O). يجب أن يغير حل التفاعل اللون من الأصفر الفاتح إلى الأخضر الزمردي مباشرة بعد إضافة سداسي هيدرات كلوريد الكوبالت (II).
  2. إضافة شريط اثارة إلى قارورة. الجزر وتحريك رد الفعل لمدة 20 ساعة لضمان رد فعل كامل. إزالة المذيبات باستخدام rotovap تحت انخفاض الضغط.

2. إعادة بلورة الكلورو-(ن 3-S,S,N)-[2,6-bis(N-isopropyl-N'methyleneimidazole-2-thione) البيريدين]الكوبالت (II)tetrachlorocobaltate [4] عن طريق انتشار البخار البطيء3

  1. حل المذاب في الأسيتونتريل (7.5 مل)، وتصفى الحل، ووضع الحل بالتساوي في قارورة 1 درام. ملء كل قارورة مع 1.5 مل من محلول الأسيتونتريل.
    1. إضافة القطن لغطاء القنينات، والذي يسمح لنشر بخار بطيء. تناسب القطن بشكل مريح في فتح في الجزء العلوي من القارورة.
    2. ضع القنينات في جرة 240 مل تحتوي على 50 مل من الأثير الديثيل. أغلق الجرة بغطاء.
    3. السماح للبلورات أن تنمو على مدى فترة 1 أسبوع.
      ملاحظة: قد تستغرق إعادة التبلور أكثر من يوم واحد.

3. توليف الكلورو-(ن 3-S,S,N)-[2,6-bis(N-isopropyl-N'-methylenetriazole-2-thione)pyridine]cobalt(II)tetrachlorocobaltate [5]3

  1. لإعداد المجمع 5،إضافة 0.183 ز (4.70 ×10-4 مول) من 2،6-bis (N-isopropyl-N'-methylenetriazole-2-thione) pyridine (C17H23N7S2)6 إلى 15 مل من الأسيتونتريل في قارورة أسفل الجولة 100 مل. إلى هذا الحل، أضف 0.223 غرام (9.37 ×10-4 مول) من سداسي هيدرات كلوريد الكوبالت (CoCl2·6H2O). يجب أن يغير حل التفاعل اللون من الأصفر الفاتح إلى الأزرق الملكي مباشرة بعد إضافة سداسي هيدرات كلوريد الكوبالت (II).
    1. إضافة شريط اثارة إلى قارورة. الجزر وتحريك رد الفعل لمدة 20 ساعة لضمان رد فعل كامل. إزالة المذيبات باستخدام rotovap تحت انخفاض الضغط.

4. إعادة بلورة الكلورو-(ن 3-S,S,N)-[2,6-bis(N-isopropyl-N'methylenetriazole-2-thione)pyridine]cobalt(II)tetrachlorocobaltate [5] عن طريق انتشار البخار البطيء3

  1. حل المذاب في الأسيتونتريل (9.0 مل)، وتصفى الحل، ووضع الحل بالتساوي في قارورة 1 درام. ملء كل قارورة مع 1.5 مل من محلول الأسيتونتريل.
    1. إضافة القطن لغطاء القنينات، والذي يسمح لنشر بخار بطيء. تناسب القطن بشكل مريح في فتح في الجزء العلوي من القارورة.
    2. ضع القنينات في جرة تحتوي على 50 مل من الأثير الديثيل. أغلق القارورة بغطاء.
    3. السماح للبلورات أن تنمو على مدى فترة 1 أسبوع.
      ملاحظة: قد تستغرق إعادة التبلور أكثر من يوم واحد.

5- التصوير البلوري بالأشعة السينية

  1. جبل بلورة من 4 على حلقة النايلون. جمع البيانات على مقياس Diffractometer ديفكسر ريغاكو أكسفورد. هنا ، يتم جمع بيانات حيود الأشعة السينية في 173 (2) K. حل بنية الكريستال باستخدام Olex216 و ShelXT17 برامج حل هيكل باستخدام أساليب مباشرة. صقل الهيكل مع حزمة الصقل18 ShelXL باستخدام أقل المربعات تصغير.
  2. جبل بلورة من 5 على حلقة النايلون. جمع بيانات حيود الأشعة السينية على مقياس Diffractometer في ريغاكو أكسفورد. هنا ، يتم جمع بيانات حيود الأشعة السينية في 173 (2) K. حل بنية الكريستال باستخدام Olex216 و ShelXT17 برامج حل هيكل باستخدام أساليب مباشرة. صقل الهيكل مع حزمة الصقل18 ShelXL باستخدام أقل المربعات تصغير.

النتائج

توليف
تم تنفيذ توليفات المجمعات 4 و 5 بنجاح من خلال التفاعل مع محلول الأسيتونتريل يحتوي على سلائف بيس ثيون يغاند مع سداسي هيدرات كلوريد الكوبالت (II)(الشكل 2). حدث رد الفعل هذا في درجة حرارة الجزر في وجود الهواء. وبوجه عام، لوحظ أن المجمعات 4

Discussion

إعداد المجمعات 4 و 5 سهل. الخطوة الرئيسية هي إضافة CoCl الصلبة2· 6H2O إلى حل الأسيتونتريل الذي يحتوي على السلائف ligand ذات الصلة. يتحول الحل إلى اللون الأخضر الداكن في غضون ثوان بعد إضافة CoCl2·6H2O لتشكيل مجمع 4. يتحول الحل إلى اللون الأزرق الساطع بع?...

Disclosures

وليس لدى أصحاب البلاغ ما يكشفون عنه.

Acknowledgements

تلقى جون ميتشينيكوفسكي الدعم المالي من ما يلي لهذا المشروع: تحالف منحة الفضاء في وكالة ناسا في كونيتيكت (جائزة رقم P-1168)، معهد العلوم بجامعة فيرفيلد، صندوق نشر كلية الآداب والعلوم، فيرفيلد جامعة كلية البحوث الصيفية الراتب، والمؤسسة الوطنية للعلوم - برنامج البحوث الرئيسية الأجهزة (منحة رقم CHE-1827854) للحصول على الأموال للحصول على مطياف NMR 400 ميغاهرتز. كما يشكر تيرينس وو (جامعة ييل) للمساعدة في الحصول على أطياف كتلة البخاخة الكهربائية. جيري جاسينسكي يعترف المؤسسة الوطنية للعلوم - برنامج الأجهزة البحثية الرئيسية (منحة رقم CHE-1039027) للحصول على أموال لشراء مقياس diffractometer الأشعة السينية. شيلا بونيتيبوس، إميلسي المانزا، رامي خاربوش، وسامانثا زيغمونت يعترفون ببرنامج دارسي هارديمان لتقديم رواتبهم البحثية الصيفية.

Materials

NameCompanyCatalog NumberComments
100 mL Round Bottomed FlaskChem GlassCG150691100mL Single Neck Round Bottomed Flask, 19/22 Outer Joint
AcetonitrileFisherHB9823-4HPLC Grade
Chiller for roto-vapLaudaL000638Alpha RA 8
Cobalt Chloride hexahydrateAcros OrganicsAC423571000Acros Organics
Diethyl EtherFisherE-138-1Diethyl Ether Anhydorus
graduated cylinderFisherS6345625 mL graduated cylinder
hotplateFisher11-100-49SHIsotemp Basic Stirring Hotplate
jarsFisher05-719-481250 mL jars
Ligand----------Synthezied previously by Professor Miecznikowski
medium cotton ballsFisher22-456-80medium cotton balls
one dram vialsFisher03-339one dram vials with TFE Lined Cap
pipetFisher13-678-20B5.75 inch pipets
pipet bulbsFisher03-448-21Fisher Brand Latex Bulb for pipet
recrystallizing dish for sand bathFisher08-741 D325 mL recrystallizing dish for sand bath
reflux condensorChem GlassCG-1218-A-22Condenser with 19/22 inner joint
RotovapHeidolph Collegiate36000090Brinkmann; Heidolph Collegiate Rotary Evaporator with Heidolph WB eco bath Heidolph Rotary Evaporator
sea sand for sandbathAcros Organics612355000washed sea sand for sand bath
Stir barFisher07-910-23Egg-Shaped Magnetic Stir Bar
Vacum greaseFisher14-635-5DDow Corning High Vacuum Grease
vacuum pump for rotovapHeidolph Collegiate36302830Heidolph Rotovac Valve Control

References

  1. Holm, R. H., Kennepohl, P., Solomon, E. I. Structural and Functional Aspects of Metal Sites in Biology. Chemical Reviews. 96 (7), 2239-2314 (1996).
  2. Ibers, J. A., Holm, R. H. Modeling coordination sites in metallobiomolecules. Science. 209 (4453), 223-235 (1980).
  3. 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).
  4. Eklund, H., Brändén, C. I. Structural differences between apo- and holoenzyme of horse liver alcohol dehydrogenase. Journal of Biological Chemistry. 254, 3458-3461 (1979).
  5. 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).
  6. 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).
  7. 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).
  8. 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).
  9. 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).
  10. 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).
  11. . Web Elements Available from: https://www.webelements.com/zinc/atom_sizes.html (2019)
  12. . Web Elements Available from: https://www.webelements.com/cobalt/atom_sizes.html (2019)
  13. 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).
  14. 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).
  15. Peris, E., Crabtree, R. H. Key factors in pincer ligand design. Chemistry Society Reviews. 47, 1959-1968 (2018).
  16. 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).
  17. Sheldrick, G. M. Integrated Space Group and Crystal Structure Determination. Acta Crystallography. 71, 3-8 (2015).
  18. Sheldrick, G. M. Crystal Structure Refinement with SHELXL. Acta Crystallography. 71, 3-8 (2015).
  19. 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).
  20. Trzhtsinskaya, B. V., Abramova, N. D. Imidazole-2-Thiones: Synthesis, Structure, Properties. Sulfur Reports. 10 (4), 389 (1991).
  21. 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).
  22. 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).

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Explore More Articles

157

This article has been published

Video Coming Soon

JoVE Logo

Privacy

Terms of Use

Policies

Contact Us

Recommend to library

JoVE NEWSLETTERS

Research

Education

Authors

Librarians

ABOUT JoVE

Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved