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【J. Am. Chem. Soc.】非血红素铁(II)依赖性氧化酶/脱羧酶生成异腈的机理探讨

异腈基团富含电子,用于装饰从不同生命来源的各种生物活性天然产物。十多年来,异腈生物合成仅限于异腈合成酶,这是一个催化L-Trp/L-Tyr和核酮糖-5-磷酸之间缩合反应的酶家族。研究发现非血红素铁(II)和α-酮戊二酸依赖双加氧酶ScoE可催化合成异腈,ScoE的发现证明了自然界合成异腈具有替代途径。此前已有关于ScoE的生物化学、晶体学和计算研究报道,但异腈的形成机制仍不清楚。


最近,University of California, BerkeleyWenjun ZhangMassachusettsInstitute of TechnologyHeather J. Kulik课题组合作,采用体外生物化学、化学合成、光谱技术和计算模拟等方法,提出了ScoE催化形成异腈的分子机制。



图片来源:J. Am. Chem. Soc.

 

首先,对底物CABA进行同位素13C标记,利用NMRLC-HRMS推测ScoE催化过程产生的中间体。结果表明,通过LC-HRMS检测,中间体4首先由ScoE反应生成,NMR分析表明,4可以互变异构形成化合物5


图片来源:J. Am. Chem. Soc.

 

随后,对化合物1-5是中间产物还是分支产物进行鉴定。结果显示,化合物35不能被ScoE识别催化生成新的产物,而化合物2能够被催化生成最终产物Py-AP

图片来源:J. Am. Chem. Soc.

 

最终,根据以上研究结果表明,ScoE催化反应过程以(R)-3-((羧甲基)氨基)丁酸的C5羟基化开始,生成化合物11经历脱水后可能由ScoE的残基Tyr96介导合成反式构型化合物2(R)-3-异氰丁酸最终通过2的自由基脱羧生成,而不是该酶超家族采用的常见羟基化途径。

图片来源:J. Am. Chem. Soc.

 

参考文献: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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