【J. Am. Chem. Soc.】自由基SAM GTP 3′, 8-环化酶MoaA中氨基自由基中间体的还原机理

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自由基S-adenosyl-L-甲硫氨酸（SAM）酶催化反应具有多样性，其中部分是通过各种机制来猝灭其自由基中间体来实现。在最大的自由基SAM酶家族—SPASM-twitch家族中，自由基猝灭步骤被认为涉及电子转移到活性位点或从辅助4Fe-4S簇内或附近转移到活性位点。然而，这种机制通过实验验证仍然有限。

作为该家族的代表成员，MoaA具有一个自由基SAM簇（[4Fe-4S]RS）和一个辅助簇（[4Fe-4S]AUX），并在钼辅因子（Moco）生物合成中催化独特的GTP 3′, 8-环化为3′, 8-环-7,8-二氢-GTP（3′, 8-cH2GTP）。近期，Duke University的Kenichi Yokoyama组与Boston University的Sean J. Elliott组合作，详细地研究了MoaA中自由基猝灭步骤的机制，揭示了这是一种具有化学挑战性的3′, 8-环-GTP-N7氨基自由基还原机制。

图片来源：J. Am. Chem. Soc.

 

在该研究中，首先利用蛋白质膜伏安图（PFV）和电子顺磁共振光谱（EPR），测定了[4Fe-4S]RS和[4Fe-4S]AUX 分别在−510 mV和−455 mV下的还原电位。

图片来源：J. Am. Chem. Soc.

 

随后，通过对活性中心捕获的5′-脱氧腺苷C4′自由基（5′-dA-C4′•）进行Q-band EPR表征，显示介于5′-dA-C4′•和[4Fe-4S]AUX1+之间有各向同性交换相互作用（∼260MHz），该结果表明[4Fe-4S]AUX在催化过程中处于还原（1+）状态。

图片来源：J. Am. Chem. Soc.

 

最后，该研究还结合DFT计算，提出氨基自由基还原是通过质子耦合电子转移（PCET）进行，其中[4Fe-4S]AUX作为电子供体，R17残基作为质子供体。这些结果为自由基SAM酶催化的自由基猝灭步骤提供了详细的机理见解。

图片来源：J. Am. Chem. Soc.

 

参考文献：Mechanismof Reduction of an Aminyl Radical Intermediate in the Radical SAM GTP3′,8-Cyclase MoaA

J. Am. Chem. Soc.

DOI: 10.1021/jacs.1c06268

原文作者：HaoranPang,$ Lindsey M. Walker,$ Alexey Silakov,$ Pan Zhang, Weitao Yang, Sean J.Elliott,* and Kenichi Yokoyama*


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