![]()
近日，美国奥本大学Evert C. Duin教授课题组在J. Am. Chem. Soc.上报道了“The Active-Site [4Fe-4S]
Cluster in the Isoprenoid Biosynthesis Enzyme IspH Adopts Unexpected Redox
States during Ligand Binding and Catalysis”的最新研究成果。![]()
(E)-4-羟基-3-甲基丁-2-烯基二磷酸还原酶(IspH)(以前称为LytB)催化细菌甲基赤藓糖醇磷酸(MEP)合成异戊二烯途径的最后一步。该步骤将(E)-4-羟基-3-甲基-2-烯基二磷酸(HMBPP)转化为两种可能的异构体产物之一，即二磷酸异戊烯基(IPP)或二磷酸二甲基烯基(DMAPP)。这个反应包括去除HMBPP的C4羟基和添加两个电子。IspH在其活性位点含有一个[4Fe-4S]簇，在还原剂孵育、添加配体或催化过程中，可以检测到多个簇基顺磁性的氧化还原和连接状态不确定的物质。IspH催化/抑制的机制和中间体的研究集中在与独特簇Fe结合的底物/抑制剂衍生物种的性质上，而中间物种的氧化还原状态没有得到确定。
本文通过穆斯堡尔谱研究(E)-4-羟基-3-甲基-2-丁烯基二磷酸还原酶(IspH)的催化机制，重点揭示了其活性位点[4Fe-4S]簇在不同氧化还原状态下的详细变化。穆斯堡尔谱作为一种有效的铁基化合物分析工具，有效分析了该酶催化过程中铁簇的电子状态、氧化还原行为以及铁离子的局部环境变化。以下是使用穆斯堡尔谱得到的主要信息：
![]()
要点1. IspH簇的氧化还原状态确定：穆斯堡尔谱帮助确定了IspH簇在其不同氧化还原态下的具体电子结构。研究发现，IspH在还原态([4Fe-4S]⁺)以及中间态(Int)时，其铁簇表现出类似[4Fe-4S]³⁺的性质，而其在氧化态(Ox)下则为[4Fe-4S]²⁺。通过穆斯堡尔谱，能够辨别出簇内各铁离子的氧化态和自旋态，这为理解该酶的催化循环提供了至关重要的依据。
![]()
要点2. 簇内铁离子的配位环境和自旋态分析：通过穆斯堡尔谱的细致分析，作者进一步揭示了在不同催化阶段簇内铁离子的配位变化。具体而言，在底物结合和生成物形成过程中，簇中的“异常铁”具有独特的八面体配位结构，与其他铁离子的四面体配位形成对比。这种配位环境的差异表明该铁离子在底物结合过程中发挥了重要作用。同时，穆斯堡尔谱揭示了簇在中间态和生成态下存在S=1/2和S=3/2自旋态的混合，这种复杂的电子状态变化为IspH的催化机制提供了新的见解。要点3. 铁簇在中间体状态下的动态行为：通过穆斯堡尔谱分析，确认了IspH催化过程中的中间体状态(Int)的具体电子结构。该中间体表现出[4Fe-4S]³⁺的特征，但其电子分布和氧化还原行为十分复杂。穆斯堡尔谱的详细数据揭示了中间体中的铁离子与底物之间的电子转移模式，尤其是如何通过簇内的自旋和配位变化来稳定该中间体。这些发现有助于完善IspH的催化循环模型。![]()
要点4. 通过生成物结合后的簇变化：当酶被还原并生成产物IPP或DMAPP后，穆斯堡尔谱表明簇中的铁离子恢复为[4Fe-4S]⁺状态，并与生成物形成新的配位。穆斯堡尔谱显示，这一配位变化伴随着簇中电子状态的进一步调整，表明生成物结合对簇的氧化还原性质具有显著影响。通过穆斯堡尔谱研究，深入揭示了IspH的活性位点[4Fe-4S]簇在催化过程中所经历的复杂电子和结构变化，为理解该酶的反应机制提供了重要的实验数据。这一研究不仅扩展了我们对铁硫簇酶的认知，也为药物开发中靶向IspH提供了新的方向。
The Active-Site [4Fe-4S] Cluster in the Isoprenoid Biosynthesis Enzyme IspH Adopts Unexpected Redox States during Ligand Binding and Catalysis J. Am. Chem. Soc. 2024, 146, 6, 3926–3942.
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.3c11674
声明：
本文仅为了分享交流科研成果，无任何商业用途。如有侵权，联系邮箱或添加小编微信删除。
●美国加州理工学院Nat. Commun | 穆斯堡尔谱研究地核-地幔边界压力下FeO的熔化和缺陷转变
