Flavin‐N5OOH Functions as both a Powerful Nucleophile and a Base in the Superfamily of Flavoenzymes

亲核细胞 黄素组 脱质子化 黄蛋白 立体化学 辅因子 组合化学 化学 有机化学 催化作用 离子
作者
Qiaoyu Zhang,Qianqian Chen,Sason Shaik,Binju Wang
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:63 (14) 被引量:2
标识
DOI:10.1002/anie.202318629
摘要

Abstract Flavoenzymes can mediate a large variety of oxidation reactions through the activation of oxygen. However, the O 2 activation chemistry of flavin enzymes is not yet fully exploited. Normally, the O 2 activation occurs at the C4a site of the flavin cofactor, yielding the flavin C4a‐(hydro)hydroperoxyl species in monooxygenases or oxidases. Using extensive MD simulations, QM/MM calculations and QM calculations, our studies reveal the formation of the common nucleophilic species, Flavin‐N5OOH, in two distinct flavoenzymes (RutA and EncM). Our studies show that Flavin‐N5OOH acts as a powerful nucleophile that promotes C−N cleavage of uracil in RutA, and a powerful base in the deprotonation of substrates in EncM. We reason that Flavin‐N5OOH can be a common reactive species in the superfamily of flavoenzymes, which accomplish generally selective general base catalysis and C−X (X=N, S, Cl, O) cleavage reactions that are otherwise challenging with solvated hydroxide ion base. These results expand our understanding of the chemistry and catalysis of flavoenzymes.
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