Aspartic acid residues in BBE-like enzymes from Morus alba promote a function shift from oxidative cyclization to dehydrogenation

脱氢 氧化磷酸化 天冬氨酸 功能(生物学) 化学 生物化学 生物 氨基酸 细胞生物学 催化作用
作者
Nianxin Guo,Jun Gu,Qingyang Zhou,Fang Liu,Haoran Dong,Qi Ding,Qixuan Wang,Dongshan Wu,Jun Yang,Junping Fan,Lei Gao,K. N. Houk,Xiaoguang Lei
出处
期刊:Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America [National Academy of Sciences]
卷期号:122 (34)
标识
DOI:10.1073/pnas.2504346122
摘要

Berberine bridge enzyme (BBE)-like enzymes catalyze various oxidative cyclization and dehydrogenation reactions in natural product biosynthesis, but the molecular mechanism underlying the selectivity remains unknown. Here, we elucidated the catalytic mechanism of BBE-like oxidases from Morus alba involved in the oxidative cyclization and dehydrogenation of moracin C. X-ray crystal structures of a functionally promiscuous flavin adenine dinucleotide (FAD)-bound oxidase, MaDS1, with and without an oxidative dehydrogenation product were determined at 2.03 Å and 2.21 Å resolution, respectively. Structure-guided mutagenesis and sequence analysis have identified a conserved aspartic acid that directs the reaction toward the oxidative dehydrogenation pathway. A combination of density functional theory (DFT) calculations and molecular dynamics (MD) simulations has revealed that aspartic acid acts as the catalytic base to deprotonate the carbon-cation intermediate to generate the dehydrogenated product, which otherwise undergoes a spontaneous 6π electrocyclization in the oxidative cyclization pathway to furnish the 2H-benzopyran product.
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