自由基S-腺苷-L-甲硫氨酸（SAM）酶存在于很多生命體中催化一系列驚人的反應，其中一些反應在生物合成醫(yī)藥有用的化合物（如抗生素或生物燃料）方面具有潛在的應用。自由基SAM（RS）酶具有部分或全部TIM桶折疊結構，其保守基序CX3CX2C的三個半胱氨酸與[4Fe?4S]簇相結合。[4Fe?4S]中獨特的鐵簇與SAM的氨基和羧酸配位，形成催化機理中心的配位絡合物。RS酶的催化作用是通過啟動還原簇[4Fe?4S]1+的電子轉移到SAM的磺酸基上，導致SAM的S?C5′鍵的還原裂解；這種還原裂解導致有機金屬中間體Ω的形成，其中5′-脫氧腺苷的5′-C直接與[4Fe?4S]簇中的鐵結合。起初令人驚訝的是，在廣泛的RS酶中觀察到Ω，并被認為是RS超家族中的關鍵中間體。在RS反應中，提出了Ω Fe?C5′鍵的均裂產(chǎn)生5′-脫氧腺苷自由基（5′-dAdo?），隨后從底物中提取氫原子以啟動RS酶催化作用。在罕見的情況下，5′-dAdo?直接添加到底物雙鍵的sp2碳中，生成腺苷化產(chǎn)物。
圖片來源：J. Am. Chem. Soc.
為了證明5′-dAdo?自由基是否是RS酶促反應中可觀察到的真正中間產(chǎn)物，Montana State University的Joan B. Broderick團隊使用冷凍猝滅技術和電子順磁共振（EPR）光譜來提供腺苷化反應中反應途徑的快照，腺苷化反應由自由基SAM酶丙酮酸甲酸裂解酶激活酶催化，該酶位于含有脫氫丙氨酸殘基的肽基上，取代目標甘氨酸。
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反應通過有機金屬中間體Ω的初始形成進行，冷凍Ω的熱退火將其轉化為第二順磁物質(zhì)，第二個物種是在中間時間使用冷凍淬火直接生成的，并通過同位素標記和EPR光譜明確確定為肽底物腺苷化產(chǎn)生的三級肽基。在中間時間淬火的樣品中，通過冷凍時的熱退火和光譜減法發(fā)現(xiàn)了另外一種順磁物種，即SAM衍生的5′-脫氧腺苷自由基（5′-dAdo?）。5′-dAdo?和第三肽自由基EPR信號的時間過程表明，前者產(chǎn)生后者。因此，這些結果支持了Ω通過Fe?C5′鍵均裂釋放5′-dAdo?的機制，5′-dAdo?攻擊肽底物的脫氫丙氨酸殘基，形成腺苷化肽自由基物種。
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參考文獻：Mechanism of Radical S?Adenosyl-L-methionine Adenosylation: Radical Intermediates and the Catalytic Competence of the 5′-Deoxyadenosyl Radical
J. Am. Chem. Soc.
DOI: 10.1021/jacs.1c13706
原文作者：MaikeN. Lundahl, Raymond Sarksian, Hao Yang, Richard J. Jodts, Adrien Pagnier,Donald F. Smith, Martín A. Mosquera, Wilfred A. van der Donk, Brian M. Hoffman,William E. Broderick, and Joan B. Broderick*
