乙炔亚胺丁烷形成过程中一种双铁酶的发现及其作用机制

《Journal of the American Chemical Society》：Discovery and Mechanism of a Diiron Enzyme in Ethylidene Azetidine Formation

本研究发现DUF6202家族酶PolF通过二铁中心催化L-异亮氨酸的脱氢和环化生成聚氧平，揭示了氧气依赖的铁结合新机制及μ-过氧二铁(III)物种在C-H键活化中的关键作用。

　　

氮杂丁烷是一种结构特殊的四元氮杂环化合物，在药物化学和有机合成中具有重要应用。尽管其对人类健康和农业具有重要意义，但其生物合成机制仍很大程度上尚未被研究清楚。本研究揭示了DUF6202家族酶PolF利用二铁中心和氧气（O?）来催化l-异亮氨酸的连续脱饱和反应和氮杂丁烷化反应，从而在多氧菌素的生物合成过程中生成乙基亚胺氮杂丁烷结构单元。通过对PolF与铁（或锰）以及l-异亮氨酸（或烯烃中间体）复合物进行晶体学分析，发现该酶属于类血红素氧化酶的二铁氧化酶，具有独特的铁结合结构。通过在无氧和有氧条件下捕捉与氧气结合的中间体，并观察到的独特铁蛋白比例，表明第二个铁原子是以氧气依赖的方式结合的。穆斯堡尔光谱、停止流光吸收光谱以及氘动力学同位素效应测量结果表明，μ-过氧二铁(III)物种很可能负责C–H键的活化。质谱分析显示，μ-过氧二铁(III)物种的降解伴随着一个脱饱和中间体的形成。生物信息学分析发现了约200种PolF同源物，这表明可能存在新的氮杂丁烷含天然产物的生物合成途径。