Illustrazione schematica dei ruoli cruciali del residuo Glu76 in Ni-QueD. Crediti:gruppo del Prof. LI
L'attivazione catalitica dell'ossigeno e la scissione ossidativa selettiva dei legami C–C sono diventati i punti caldi della ricerca nel campo della chimica grazie al loro grande valore applicativo nella sintesi organica e nella produzione industriale.
quercetina 2, 4-diossigenasi (QueDs), come un tipico sistema biologico metalloenzimatico, può attivare efficacemente il diossigeno e catalizzare selettivamente la scissione ossidativa del legame C–C di substrati organici di flavonolo in condizioni blande. Sebbene gli studi sui QueD siano stati condotti per decenni, i meccanismi catalitici dettagliati dei QueD, in particolare i ruoli del residuo Glu76 nel sito attivo, sono ancora in discussione.
In uno studio pubblicato su Giornale di Catalisi , un gruppo guidato dal Prof. LI Chunsen del Fujian Institute of Research on the Structure of Matter (FJIRSM) dell'Accademia cinese delle scienze ha riportato i meccanismi dettagliati delle reazioni catalizzate dalla quercetina 2 wild-type nichel-dipendente, 4-diossigenasi (Ni-QueD) e i suoi mutanti Glu76Asp e Glu76Gln utilizzando simulazioni MD combinate e calcoli QM/MM, e hanno rivelato il ruolo critico del residuo Glu76 nel guidare la reattività di Ni-QueD.
I ricercatori hanno scoperto che il residuo Glu76 legante il nichel conservato nella forma deprotonata è essenziale per avviare la reazione catalitica mediante un processo di trasferimento di elettroni accoppiato a protoni.
Il Glu76 generato e protonato promuove la successiva reazione regolando l'interazione del legame idrogeno (H-bonding) con i gruppi carbonilici della quercetina.
Indagini sui mutanti Glu76Gln e Glu76Asp mostrano che la mutazione di Glu76 sopprime tale interazione di legame H e determina la minore attività catalitica osservata sperimentalmente.
Questo studio fornisce non solo informazioni utili sui meccanismi delle reazioni catalizzate da QueD dipendenti da ioni metallici, ma anche approfondimenti su come gli enzimi realizzano reazioni specifiche utilizzando l'interazione del legame H dai residui di legatura centrale del metallo.
