Préparation de SNS Cobalt(II) Pincer Model Complexs of Liver Alcohol Dehydrogenase
Summary
La préparation de SNS pincer cobalt (II) complexes modèles de déshydrogénase d’alcool de foie est présentée ici. Les complexes peuvent être préparés en réagissant au précurseur du ligand avec CoCl2‘6H2O et peuvent ensuite être recrystallisés en permettant à l’éther de diethyl de se diffuser lentement dans une solution d’acétyltrile qui contient le complexe de cobalt.
Abstract
Les complexes de modèles chimiques sont prêts à représenter le site actif d’une enzyme. Dans ce protocole, une famille de précurseurs de ligand de pince tridentate (chacun possédant deux fonctionnalités d’atome de sulfure et d’un donneur d’azote (SNS) et basée sur des composés bis-imidazole ou bis-triazole) sont métallées avec des complexes CoCl2‘6H2O pour se permettre des complexes tridents de cobalt de pince SNS(II). La préparation des complexes modèles de cobalt (II) pour la déshydrogénase d’alcool du foie est facile. Basé sur un changement de couleur rapide lors de l’ajout de la Solution CoCl26H 2O à l’acétyltrile qui contient le précurseur ligand, le complexe se forme rapidement. La formation du complexe métallique est terminée après avoir permis à la solution de reflux pendant la nuit. Ces complexes de cobalt (II) servent de modèles pour le site actif de zinc dans la déshydrogénase d’alcool de foie (LADH). Les complexes sont caractérisés à l’aide diffraction à rayons X en cristal unique, spectrométrie de masse électrospray, spectroscopie visible ultra-violet et analyse élémentaire. Pour déterminer avec précision la structure du complexe, sa structure cristalline unique doit être déterminée. Les cristaux simples des complexes qui conviennent à la diffraction des rayons X sont ensuite cultivés par la diffusion lente de vapeur de l’éther de diéthyle dans une solution d’acétyltrile qui contient le complexe de cobalt(II). Pour les cristaux de haute qualité, la récrystallisation se fait généralement sur une période d’une semaine, ou plus. La méthode peut être appliquée à la préparation d’autres complexes de coordination des modèles et peut être utilisée dans les laboratoires d’enseignement de premier cycle. Enfin, on croit que d’autres peuvent trouver cette méthode de réhantification pour obtenir des cristaux uniques bénéfiques à leur recherche.
Introduction
Le but de la méthode présentée est de préparer des analogues à petites molécules de la LADH pour mieux comprendre l’activité catalytique des métalloenzymes. LADH est une enzyme dimerique qui contient un domaine cofactor-contraignant et zinc(II) domaine catalytique contenant1. LADH, en présence du co-facteur NADH, peut réduire les cétones et les aldéhydes à leurs dérivés respectifs de l’alcool2. En présence de NAD,LADH peut effectuer une catalyse inverse de l’oxydation des alcools aux cétones et aux aldéhydes2. La structure cristalline du site actif de la LADH montre que son centre métallique de zinc(II) est lié à un atome d’azote, fourni par une chaîne latérale d’histidine et deux atomes de soufre et offert par deux ligands de cystéine3. D’autres recherches ont montré que le centre de zinc métal est ligated avec une molécule d’eau labile, résultant en la géométrie pseudo-tetrahedral autour du centre métallique4.
Nous avons déjà signalé et utilisé SNS pinces ligand précurseurs ainsi que métallé les précurseurs ligand avec ZnCl2 pour former Zn(II) complexes qui contiennent le précurseur de ligand tridentate5,6,7. Ces précurseurs ligand sont indiqués dans la figure 1. Ces complexes de zinc (II) ont montré l’activité pour la réduction stoichiométrique des aldéhydes électron-pauvres et sont donc des complexes modèles pour LADH. Par la suite, la synthèse et la caractérisation d’une série de complexes de cuivre (I) et de cuivre (II) qui contiennent des précurseurs de ligand SNS ont été rapportés8,9,10.
Bien que la LADH soit une enzyme de zinc(II), nous sommes intéressés à préparer des complexes modèles de cobalt (II) de LADH afin d’obtenir plus d’informations spectroscopiques sur les analogues de cobalt(II) de LADH. Les complexes de cobalt (II) sont colorés, tandis que les complexes de zinc(II) sont blanc cassé. Puisque les complexes de cobalt (II) sont colorés, des spectres ultraviolets visibles des complexes peuvent être obtenus, dans lesquels des informations sur la force du champ de ligand dans les complexes de cobalt(II) peuvent également être recueillies. En utilisant les informations des calculs gaussiens et les spectres visibles ultra-violets obtenus expérimentalement, les informations sur la force du champ ligand peuvent être déduites. Cobalt(II) est un bon substitut pour le zinc(II), puisque les deux ions ont des radii ioniques similaires et des acidités similaires de Lewis11,12.
La méthode présentée consiste à synthétiser et caractériser les complexes modèles pour tenter d’imiter le comportement catalytique naturel de LADH5,6. Nous avons déjà métallé une famille de précurseurs ligand avec ZnCl2 pour former zinc (II) complexes modèles de LADH, qui a modélisé la structure et la réactivité du site actif de zinc dans LADH4. Grâce à de multiples expériences, ces ligands pinces se sont avérés robustes dans des conditions environnementales différentes et sont restés stables avec une collection diversifiée de R-groupes attachés. 5,6
Les ligands Tridentate sont préférables par rapport aux ligands monodentate, parce qu’ils se sont avérés être plus de succès avec la métalisation en raison des effets chélatés forts des ligands tridentate. Cette observation est due à une entropie plus favorisée de la formation de ligand de pince de tridentate par rapport à un ligand monodentate13. En outre, les ligands de pince tridentate sont susceptibles d’empêcher la dimécrétisation des complexes métalliques, ce qui est favorisé parce que la dimerisation est susceptible de ralentir l’activité catalytique d’un complexe14. Ainsi, l’utilisation de ligands de pince tridentate a été prouvée réussie dans la chimie organométallique dans la préparation des complexes actifs et robustes catalytiques. Les complexes de pinces SNS ont été moins étudiés que les autres systèmes de pinces, car les complexes de pinces contiennent habituellement des métaux de transition de deuxième et troisièmerangées 15.
Cette recherche sur les métalloenzymes peut aider à mieux comprendre leur activité enzymatique, qui peut être appliquée à d’autres domaines de la biologie. Cette méthode de synthèse des complexes modèles par rapport à la méthode alternative (synthétiser toute la protéine de LADH) est favorable pour un certain nombre de raisons. Le premier avantage est que les complexes modèles sont faibles en masse moléculaire et sont encore capables de représenter avec précision l’activité catalytique et les conditions environnementales du site actif de l’enzyme naturelle. Deuxièmement, les complexes modèles sont plus simples à travailler et à produire des données fiables et relatables.
Ce manuscrit décrit la préparation et la caractérisation synthétiques de deux complexes modèles de pinces de cobalt(II) de LADH. Les deux complexes disposent d’un ligand pince qui contient du soufre, de l’azote et des atomes de donneurs de soufre. Le premier complexe (4) est basé sur un précurseur imidazole, et le second (5) est basé sur un précurseur triazole. Les complexes montrent la réactivité pour la réduction de stoichiométrie des aldéhydes pauvres d’électrons en présence d’un donneur d’hydrogène. Ces résultats de réactivité seront rapportés dans un manuscrit ultérieur.
Protocol
Representative Results
Discussion
La préparation des complexes 4 et 5 est facile. L’étape clé consiste à ajouter le solide CoCl2‘6H2O à une solution d’acétylure qui contient le précurseur de ligand respectif. La solution devient vert foncé quelques secondes après l’ajout de CoCl26H2O pour former le complexe 4. La solution devient bleu vif après l’ajout de CoCl26H2O pour former le complexe 5. Pour assurer …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
John Miecznikowski a reçu le soutien financier de ce projet : la Connecticut NASA Space Grant Alliance (Award Number P-1168), le Fairfield University Science Institute, College of Arts and Sciences Publication Fund, Fairfield L’allocation de recherche d’été de la Faculté d’université et le Programme d’instrumentation de recherche major de la National Science Foundation (Grant Number CHE-1827854) pour obtenir un spectromètre NMR de 400 MHz. Il remercie également Terence Wu (Yale University) pour son aide dans l’acquisition de spectres de masse électrospray. Jerry Jasinski reconnaît le Programme d’instrumentation de recherche de la National Science Foundation-Major Research (Grant Number CHE-1039027) pour les fonds nécessaires à l’achat d’un diffractomètre aux rayons X. Sheila Bonitatibus, Emilse Almanza, Rami Kharbouch et Samantha Zygmont reconnaissent que le Programme des boursiers Hardiman a fourni leur allocation de recherche estivale.
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
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