【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

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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, Berkeley的Wenjun Zhang与MassachusettsInstitute of Technology的Heather 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NMR和LC-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3和5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1，1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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