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【J. Am. Chem. Soc.】非血紅素鐵(II)依賴性氧化酶/脫羧酶生成異腈的機(jī)理探討

異腈基團(tuán)富含電子,用于裝飾從不同生命來源的各種生物活性天然產(chǎn)物。十多年來,異腈生物合成僅限于異腈合成酶,這是一個催化L-Trp/L-Tyr和核酮糖-5-磷酸之間縮合反應(yīng)的酶家族。研究發(fā)現(xiàn)非血紅素鐵(II)和α-酮戊二酸依賴雙加氧酶ScoE可催化合成異腈,ScoE的發(fā)現(xiàn)證明了自然界合成異腈具有替代途徑。此前已有關(guān)于ScoE的生物化學(xué)、晶體學(xué)和計(jì)算研究報道,但異腈的形成機(jī)制仍不清楚。


最近,University of California, BerkeleyWenjun ZhangMassachusettsInstitute of TechnologyHeather J. Kulik課題組合作,采用體外生物化學(xué)、化學(xué)合成、光譜技術(shù)和計(jì)算模擬等方法,提出了ScoE催化形成異腈的分子機(jī)制。



圖片來源:J. Am. Chem. Soc.

 

首先,對底物CABA進(jìn)行同位素13C標(biāo)記,利用NMRLC-HRMS推測ScoE催化過程產(chǎn)生的中間體。結(jié)果表明,通過LC-HRMS檢測,中間體4首先由ScoE反應(yīng)生成,NMR分析表明,4可以互變異構(gòu)形成化合物5。


圖片來源:J. Am. Chem. Soc.

 

隨后,對化合物1-5是中間產(chǎn)物還是分支產(chǎn)物進(jìn)行鑒定。結(jié)果顯示,化合物35不能被ScoE識別催化生成新的產(chǎn)物,而化合物2能夠被催化生成最終產(chǎn)物Py-AP。

圖片來源:J. Am. Chem. Soc.

 

最終,根據(jù)以上研究結(jié)果表明,ScoE催化反應(yīng)過程以(R)-3-((羧甲基)氨基)丁酸的C5羥基化開始,生成化合物1,1經(jīng)歷脫水后可能由ScoE的殘基Tyr96介導(dǎo)合成反式構(gòu)型化合物2。(R)-3-異氰丁酸最終通過2的自由基脫羧生成,而不是該酶超家族采用的常見羥基化途徑。

圖片來源:J. Am. Chem. Soc.

 

參考文獻(xiàn):Probing the Mechanism of Isonitrile Formation by a Non-Heme Iron(II)-Dependent Oxidase/Decarboxylase

J. Am. Chem. Soc.

DOI: 10.1021/jacs.1c12891

原文作者:Antonio Del Rio Flores, David W. Kastner, Yongle Du, MaanasaNarayanamoorthy, Yuanbo Shen, Wenlong Cai, Vyshnavi Vennelakanti, Nicholas A.Zill, Luisa B. Dell, Rui Zhai, Heather J. Kulik,* and Wenjun Zhang*


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