La comparación de una ciclopropanasa de hierro no hemo con una hidroxilasa homóloga revela características mecánicas...

Área de la Ciencia:

• Bioquímica y Enzimología
• Química orgánica
• Biología estructural

Sus antecedentes:

• El hierro mononuclear y las enzimas dependientes del 2-oxoglutarato catalizan diversas reacciones, pero los factores que rigen los resultados más allá de la hidroxilación no están claros.
• La ciclopropanación es importante en los productos farmacéuticos, y comprender cómo compite con el rebote de oxígeno es crucial.
• HrmaJ, una ciclopropanasa, y su homólogo de hidroxilasa recién descubierto actúan sobre el mismo sustrato de nitroenolato.

Objetivo del estudio:

• Para aclarar la base mecanicista de las vías de reacción divergentes (ciclopropanación frente a C-hidroxilación) en enzimas de hierro homólogas.
• Investigar el papel del posicionamiento del sustrato y los mecanismos de transferencia del átomo de hidrógeno en la determinación de los resultados de la reacción.
• Comprender cómo la estructura de la enzima influye en el destino de los radicales del sustrato y la posterior formación de enlaces.

Principales métodos:

• Reconstitución enzimática con Mn{II} y V{IV}O como imitadores de los intermediarios Fe{II} y Fe{IV}O.
• Cristalografía de rayos X para determinar las estructuras complejas de enzima y sustrato.
• Substratos etiquetados isotópicamente y análisis cinéticos de flujo detenido.

Principales resultados:

• El análisis estructural sugiere que la ciclopropanasa utiliza una vía π fuera de línea para la transferencia de átomos de H, mientras que la hidroxilasa utiliza una vía σ.
• Ambas enzimas extraen el hidrógeno pro-S en C4, pero el intermediario Fe ((IV) O reacciona ~ 17 veces más rápido en la hidroxilasa.
• El posicionamiento del sustrato dicta la vía de transferencia del átomo H y la posterior intercepción radical, lo que lleva a la formación de enlaces C-C estereoselectivos en la ciclopropanasa.

Conclusiones:

• Una sutil diferencia en el posicionamiento del sustrato dentro del sitio activo de la enzima controla la vía de abstracción del átomo H.
• Esta diferencia de posicionamiento influye en el destino del radical del sustrato, lo que permite la ciclopropanación a través de la formación de enlaces C-C intramoleculares.
• Los hallazgos correlacionan los mecanismos de transferencia de átomos H con la química radical posterior, explicando los resultados catalíticos divergentes en las enzimas homólogas.