Forskere får indsigt i, hvordan enzymer opnår specifikke reaktioner

Katalytisk dioxygenaktivering og selektiv oxidativ spaltning af C-C-bindinger er blevet forsknings-hotspots inden for kemi på grund af deres store anvendelsesværdi i organisk syntese og industriel produktion.

Quercetin 2, 4-dioxygenaser (QueDs), som et typisk biologisk metalloenzymsystem, kan effektivt aktivere dioxygen og selektivt katalysere C-C-bindings oxidativ spaltning af organiske flavonolsubstrater under milde forhold. Selvom undersøgelser af QueD'er er blevet udført i årtier, de detaljerede katalytiske mekanismer af QueDs, især rollerne af Glu76-resten på det aktive sted, er stadig under debat.

I en undersøgelse offentliggjort i Journal of Catalysis , en gruppe ledet af prof. LI Chunsen fra Fujian Institute of Research on the Structure of Matter (FJIRSM) fra det kinesiske videnskabsakademi rapporterede de detaljerede mekanismer for reaktioner katalyseret af vildtype nikkelafhængigt quercetin 2, 4-dioxygenase (Ni-QueD) og dens Glu76Asp og Glu76Gln mutanter ved at bruge kombinerede MD-simuleringer og QM/MM-beregninger, og de afslørede den kritiske rolle af Glu76-rest i styringen af ​​reaktiviteten af ​​Ni-QueD.

Forskerne fandt ud af, at den konserverede nikkel-ligerende Glu76-rest i den deprotonerede form er afgørende for at starte den katalytiske reaktion ved protonkoblet elektronoverførselsproces.

Den genererede og protonerede Glu76 fremmer den efterfølgende reaktion ved at regulere hydrogenbinding (H-binding) interaktion med carbonylgrupperne i quercetin.

Undersøgelser af Glu76Gln og Glu76Asp mutanter viser, at mutation af Glu76 undertrykker en sådan H-bindingsinteraktion og resulterer i den lavere katalytiske aktivitet observeret eksperimentelt.

Denne undersøgelse giver ikke kun nyttig information om mekanismerne for reaktioner katalyseret af metalion-afhængige QueD'er, men også indsigt i, hvordan enzymer opnår specifikke reaktioner ved at bruge H-bindingsinteraktionen fra metalcenterligerende rester.