通过组氨酸甲基化与超分子自组装实现的非血红素铁过氧化物酶模拟物

《ChemBioChem》：A Nonheme Iron Peroxidase Mimic Enabled by Histidine Methylation and Supramolecular Self-Assembly

　　

摘要

组氨酸在非血红素铁酶中起着关键的调控作用，因为通过咪唑的δ-或ε-氮原子与铁结合可以显著影响铁的活性；然而，在天然蛋白质系统中分离出这些不同性质的氮原子的单独作用仍具挑战性。在本研究中，我们展示了一种通过氟苯基修饰的组氨酸（Fmoc-His）与Fe²⁺的超分子自组装形成的过氧化物酶模拟催化剂，其中在组氨酸的N_ε或N_δ位点进行选择性甲基化可以调节其互变异构倾向，从而调控Fe²⁺介导的催化反应。针对多种底物的催化实验表明，δ位点的甲基化能显著提升催化活性。光谱学和动力学分析显示，δ甲基化有助于形成更为紧密的超分子结构，增强Fe²⁺与支架之间的相互作用，且这种机制与涉及Fe²⁺、H₂O₂及底物的三元复合物型催化途径一致，多种活性氧物种共同参与底物的氧化过程。理论计算进一步表明，δ甲基化可能有助于反应物在超分子结构内的短暂聚集，同时使催化剂在催化过程中保持良好的结构稳定性。本研究证明，组氨酸甲基化是一种有效的手段，可用于调控以铁为中心的超分子催化系统的活性，同时也为超分子金属酶的合理设计提供了思路。

图形摘要

研究显示，组氨酸甲基化能够调控自组装的Fmoc-组氨酸催化剂的超分子结构以及其与Fe²⁺的相互作用。δ甲基化可促进更有序的结构形成，并提升过氧化物酶模拟催化活性，同时还有多种活性氧物种的协同作用。该研究强调了通过调整残基层面的微环境来调控非血红素铁超分子催化反应的策略。

利益冲突声明

作者声明不存在利益冲突。

数据可用性声明

本研究的相关数据可在合理请求下向通讯作者获取。