¿Cómo utilizan las enzimas los radicales reactivos de OH? Las lecciones de Nonheme HppE y Fenton Systems

Área de la Ciencia:

• La bioquímica
• Enzimología
• Química computacional

Sus antecedentes:

• Las enzimas de hierro no hemo son cruciales para la activación y la funcionalización del enlace C-H.
• El intermediario de hierro (IV) - oxo (ferril) generalmente se considera el oxidante principal en estas enzimas.
• La fosfomicina, un antibiótico de amplio espectro, es sintetizado por la enzima HppE no hemo.

Objetivo del estudio:

• Para aclarar el mecanismo de abstracción de hidrógeno en la biosíntesis de fosfomicina por la enzima HppE.
• Identificar las especies reactivas del oxidante implicadas en el paso de activación del enlace C-H.
• Para comparar la energía de las diferentes vías de reacción propuestas.

Principales métodos:

• Se emplearon cálculos de Mecánica Cuántica/Mecánica Molecular (QM/MM) para modelar el mecanismo de reacción.
• El estudio investigó el papel de las especies intermedias y alternativas de hierro (IV) - oxo.
• Se calcularon las barreras energéticas para diferentes vías y se compararon con datos experimentales.

Principales resultados:

• La especie de hierro (IV) -oxo fue descartada como el oxidante reactivo en la etapa de abstracción H.
• Se identificó como el oxidante real un radical hidroxilo (HO•) unido por hidrógeno a un complejo férrico-hidroxo.
• Esta vía, que implica la disociación homolítica de un complejo de peróxido de hidrógeno, tiene una barrera de energía calculada de 12,0 kcal/mol, alineándose con los valores experimentales.
• Un mecanismo alternativo que involucra un radical hidroxilo complejo de hierro tenía una barrera de energía más alta (23,0 kcal/mol).

Conclusiones:

• La enzima HppE utiliza un radical hidroxilo para la activación del enlace C-H, evitando el intermediario ferril convencional.
• Este mecanismo es favorecido debido a las restricciones estéricas que impiden la trayectoria típica del ferril para la abstracción intramolecular de H.
• Los hallazgos amplían el repertorio conocido de mecanismos enzimáticos de hierro no hemo y sugieren el potencial de biocatalizadores que aprovechan los radicales hidroxilo para la funcionalización de C-H, trazando paralelos con la química de Fenton.