QM/MM‐Simulationen ergeben synergetische Substrat‐ und Sauerstoffaktivierung in Salicylat‐Dioxygenase

Abstract

Salicylat‐1,2‐Dioxygenase (SDO) ist das erste bekannte Enzym, das die oxidative Spaltung eines einfach hydroxylierten Aromaten, Salicylat, statt der wohlbekannten elektronenreichen Substrate katalysiert. Wir haben den Mechanismus der Sauerstoffaktivierung in SDO mit QM/MM‐Simulationen untersucht. Unsere Ergebnisse zeigen, dass das Nicht‐Häm‐FeII‐Zentrum in SDO Salicylat und O2 gemeinsam durch eine starke kovalente Wechselwirkung aktiviert, um die reduktive Spaltung von O2 zu ermöglichen. Die reaktive Sauerstoffspezies ist ein kovalenter Salicylat‐FeII‐O2‐Komplex, wobei die Elektronenstruktur zwischen den beiden Grenzfällen FeII‐O2 und FeII‐O2.− mit partiellem Elektronentransfer vom aktivierten Salicylat zu O2 über das Fe‐Zentrum liegt. Folglich verwendet SDO eine synergetische Strategie der Substrat‐ und Sauerstoffaktivierung, um die katalytische Reaktion auszuführen, die einmalig in der Familie der Eisendioxygenasen ist. Darüber hinaus erfolgt die O2‐Aktivierung in SDO ohne die Hilfe einer Protonenquelle. Unsere Studie zeigt eine bisher unbekannte Möglichkeit für den Mechanismus der O2‐Aktivierung.