Stereochemische Untersuchungen enthüllen den Mechanismus der sauerstofffreien Aktivierung von <i>n</i>‐Alkanen durch Bakterien

Jarling, René; Sadeghi, Masih; Drozdowska, Marta; Lahme, Sven; Rabus, Ralf; Widdel, Friedrich; Golding, Bernard T.; Wilkes, Heinz

doi:10.1002/ange.201106055

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“…[4c] By using chirally labelled hexane containing 1 Hand 2 Hatthe C-2 and C-5 positions,the resulting methylpentylsuccinate adduct was shown to originate through inversion of the configuration at C-2/C-5. [16]…”

Section: Angewandte Chemiementioning

confidence: 99%

Elucidating the Stereochemistry of Enzymatic Benzylsuccinate Synthesis with Chirally Labeled Toluene

et al. 2016

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Benzylsuccinate synthase is a glycyl radical enzyme that initiates anaerobic toluene metabolism by adding fumarate to the methyl group of toluene to yield (R)-benzylsuccinate. To investigate whether the reaction occurs with retention or inversion of configuration at the methyl group of toluene, we synthesized both enantiomers of chiral toluene with all three H isotopes in their methyl groups. The chiral toluenes were converted into benzylsuccinates preferentially containing (2) H and (3) H at their benzylic C atoms, owing to a kinetic isotope effect favoring hydrogen abstraction from the methyl groups. The configuration of the products was analyzed by enzymatic CoA-thioester synthesis and stereospecific oxidation using enzymes involved in benzylsuccinate degradation. Assessment of the configurations of the benzylsuccinate isomers based on loss or retention of tritium showed that inversion of configuration at the methyl group occurs when the chiral toluenes react with fumarate.

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Section: Angewandte Chemiementioning

confidence: 99%

Elucidating the Stereochemistry of Enzymatic Benzylsuccinate Synthesis with Chirally Labeled Toluene

et al. 2016

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“…Das erhaltene Ergebnis ist ebenfalls konsistent mit einer Studie zur Methylpentylsuccinat-Synthase, einem Paralog der BSS,d as am anaeroben Alkan-Abbau beteiligt ist und Fumarat an die C2-Methylengruppe von n-Hexan addiert. [16] Abbildung 1. [16] Abbildung 1.…”

unclassified

Stereochemischer Verlauf der enzymatischen Synthese von Benzylsuccinat mit chiral markiertem Toluol

et al. 2016

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Benzylsuccinat-Synthase ist ein Glycylradikal-Enzym, das den anaeroben Toluolstoffwechsel durch Addition von Fumarat an die Methylgruppe des Toluols unter Bildung von (R)-Benzylsuccinat einleitet. Zur Aufklärung der Frage, ob die Reaktion unter Retention oder Inversion der Konfiguration der Methylgruppe des Toluols verläuft, wurden beide Enantiomere von chiral markiertem Toluol synthetisiert. Diese Enantiomere,d ie jeweils alle drei H-Isotope in ihren Methylgruppen enthalten, wurden zu Benzylsuccinaten umgesetzt. Aufgrund eines kinetischen Isotopeneffekts,d er die Abstraktion von 1 Hv on den Methylgruppen begünstigt, enthielten diese Produkte an ihren benzylischen C-Atomen vorwiegend 2 Hu nd 3 H. Die Analyse ihrer Konfiguration erfolgte durch CoA-Thioester-Synthese und stereospezifische Oxidation mit Enzymen, die am Abbau von Benzylsuccinat beteiligt sind. Die Analyse der Konfigurationen der Benzylsuccinat-Isomere über den Verlust oder die Beibehaltung von Tritium zeigte,dass die Reaktion der beiden Enantiomere mit Fumarat unter Inversion der Konfiguration der Methylgruppen verläuft. 35043 Marburg an der Lahn (Deutschland) Hintergrundinformationen zu diesem Beitrag sind unter http://dx.

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“…B. Escherichia coli, liefert Methan und Phosphat. [10] Das Glycylradical wird durch die Wirkung einer spezifischen Aktivase erzeugt, die einen [4Fe-4S] 2+ -Cluster enthält, der von drei Cysteinresten in einem konservierten Sequenzmotiv CX 3 CX 2 C (C = Cystein, X = beliebige Aminosäure) koordiniert wird. [3] Die natürlich vorkommenden Phosphonate stammen vom Phosphoenolpyruvat (PEP), das zu 3-Phosphonopyruvat isomerisiert.…”

unclassified

“…Obwohl die Chemie der Methylierung von Phosphit zu Me-P und dessen Hydrolyse sehr einfach zu sein scheint, waren die biochemischen Wege bis zur Publikation von drei Arbeiten der Arbeitsgruppen Metcalf und van der Donk im Jahr 2012 [2] sowie der von Raushel in den Jahren 2011 und 2013 unbekannt. [10] Das Glycylradical wird durch die Wirkung einer spezifischen Aktivase erzeugt, die einen [4Fe-4S] 2+ -Cluster enthält, der von drei Cysteinresten in einem konservierten Sequenzmotiv CX 3 CX 2 C (C = Cystein, X = beliebige Aminosäure) koordiniert wird. Decarboxylierung führt zu Phosphonoacetaldehyd, der von NADH zu (2-Hydroxyethyl)phosphonat reduziert wird.…”

unclassified

“…[5] Andere Glycylradikalenzyme katalysieren die Reduktion von Ribonucleotiden zu 2'-Desoxyribonucleotiden, [6] die Decarboxylierung von 4-Hydroxyphenylacetat, [7] die Dehydratisierung von Glycerin [8] und die Addition von Fumarat an Toluol [9] oder Alkane. [10] Das Glycylradical wird durch die Wirkung einer spezifischen Aktivase erzeugt, die einen [4Fe-4S] 2+ -Cluster enthält, der von drei Cysteinresten in einem konservierten Sequenzmotiv CX 3 CX 2 C (C = Cystein, X = beliebige Aminosäure) koordiniert wird. Dieses Motiv ist in tausenden SAM-Radikalenzymen gefunden worden.…”

unclassified

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Die bakterielle Methanogenese verläuft radikalisch

Buckel

2013

Angewandte Chemie

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Das meiste auf der Erde biologisch produzierte Methan entsteht durch die Decarboxylierung von Acetat sowie aus CO 2 + H 2 , Formiat, Methanol und/oder Methylamin. Diese Prozesse werden von methanogenen Archaeen katalysiert, die in strikt anaeroben Sedimenten, Kläranlagen und im Verdauungstrakt von Tieren leben. [1] Daher war das Vorkommen von Methan-gesättigtem oxischem Meerwasser ein seit langem ungeklärtes Problem der Biogeochemie. Vor kurzem konnte dieses Problem durch die Entdeckung von Methylphosphonat (Me-P) und die Aufklärung seiner Biosynthese in Nitrosopumilus maritimus, einem häufigen Archaeon der offenen See, gelçst werden. Die bekannte Hydrolyse von Me-P durch viele aerob wachsende Bakterien, z. B. Escherichia coli, liefert Methan und Phosphat. Obwohl die Chemie der Methylierung von Phosphit zu Me-P und dessen Hydrolyse sehr einfach zu sein scheint, waren die biochemischen Wege bis zur Publikation von drei Arbeiten der Arbeitsgruppen Metcalf und van der Donk im Jahr 2012 [2] sowie der von Raushel in den Jahren 2011 und 2013 unbekannt. [3] Die natürlich vorkommenden Phosphonate stammen vom Phosphoenolpyruvat (PEP), das zu 3-Phosphonopyruvat isomerisiert. Decarboxylierung führt zu Phosphonoacetaldehyd, der von NADH zu (2-Hydroxyethyl)phosphonat reduziert wird. Die abschließende Spaltung zu Bicarbonat und Me-P wird von einer Fe II -haltigen Dioxygenase katalysiert. [2] Vor etwa zwanzig Jahren wurde gezeigt, dass Zellsuspensionen von Escherichia coli die Umsetzung von chiralen (R)-und (S)-[1-2 H 1 ,1-3 H]Ethylphosphonaten zu > 50 % racemischen (R)und (S)-[1-2 H 1 ,1-3 H]Ethanen katalysieren. Dieser Befund wurde mit einem intermediären Ethylradikal erklärt, an das ein H-Atom unter Retention der Konfiguration mit fast der gleichen Geschwindigkeit addiert wird wie die der Drehung des Methylenradikals um die C-C-Bindung. [4] Die erste Arbeit der Raushel-Gruppe [3a] beschreibt die Expression aller 14 Gene des Me-P-Clusters aus E. coli; vier davon wurden als inaktive rekombinante Proteine erhalten, die mit Glutathion-S-transferase fusioniert waren, um die Reinigung zu erleichtern und ihre Stabilität und Lçslichkeit zu erhçhen. Die Proteine wurden mit mçglichen Substraten gemischt, und die Reaktionen wurden mit dem Blutgerinnungsfaktor Xa gestartet. Diese Protease spaltet die Transferasedomäne ab und setzt das aktive Enzym frei. Zunächst reagiert Me-P mit ATP zu Adenin und 5-Triphospho-a-d-ribose-1-Me-P, das anschließend zu Diphosphat und 5-Phosphoribose-1-Me-P (1; Schema 1) hydrolysiert. Diese unter physiologischen Bedingungen irreversible Hydrolyse gewährleistet die vollständige Umsetzung des Me-P zum Ribosederivat 1, das als "aktives Me-P" bezeichnet werden kann. Die nächste Stufe wird von der eigentlichen C-P-Lyase katalysiert, die mit S-Adenosylmethionin (SAM) und dem Reduktionsmittel Dithionit als Kofaktoren Methan und 5-Phosphoribose-1,2-cyclophosphat (4) bildet. 4 hydrolysiert abschließend zu Ribose-1,5-bisphosphat, aus dem ATP resynthetisiert wird. Energetisch gesehen ist diese Methanogenese sehr kost...

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Stereochemische Untersuchungen enthüllen den Mechanismus der sauerstofffreien Aktivierung von n‐Alkanen durch Bakterien

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Elucidating the Stereochemistry of Enzymatic Benzylsuccinate Synthesis with Chirally Labeled Toluene

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Die bakterielle Methanogenese verläuft radikalisch

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