A Radical Addition–Diradical Coupling Switch Unifies Cytochrome P450-Catalyzed Diketopiperazine Dimerization

化学 分子间力 分子内力 激进的 立体化学 二聚体 直接的 氢键 联轴节(管道) 细胞色素P450 机制(生物学) 细胞色素 分子模型 甲烷氧化偶联 蛋白质工程 计算化学 分子动力学 氢原子萃取 氢原子 氧化磷酸化 烯二炔 脚手架 生物物理学 组合化学
作者
Yeqing Du,Tai‐Ping Zhou,Wenya Tian,Zixin Deng,Guangzheng Wei,Binju Wang,Xudong Qu
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
标识
DOI:10.1021/jacs.6c16809
摘要

Abstract Cytochrome P450 dimerases generate the remarkable structural diversity of dimeric diketopiperazine (DKP) natural products through highly selective intermolecular radical-mediated reactions. Although radical addition mechanisms have been established for most bacterial DKP dimerization modes, the molecular basis underlying the formation of the unusual C3–N1′ linkage has remained unresolved, preventing a unified mechanistic understanding of P450-catalyzed DKP dimerization. Here, we combine structure-guided protein engineering, X-ray crystallography, biochemical characterization, molecular dynamics simulations, and QM/MM calculations to elucidate the mechanism of the C3–N1′ dimerase using an engineered soluble surrogate derived from its C3–C3′ homolog TtpB1. We show that C3–N1′ bond formation proceeds through a previously unrecognized diradical coupling mechanism, in which sequential hydrogen atom abstraction generates discrete N10- and N1′-centered radicals prior to intramolecular cyclization and intermolecular radical coupling. This pathway is fundamentally distinct from the radical addition mechanism employed by all previously characterized bacterial DKP dimerases. Guided by these mechanistic insights, we further reprogram a single P450 scaffold to catalyze four distinct intermolecular coupling modes, including native C3–C3′ and engineered C3–N1′, N1–C7′, and C3–C7′ linkages. Together, these findings reveal that divergent DKP dimerization is governed by a tunable radical addition–diradical coupling switch operating on a conserved substrate-binding architecture, establishing a unified mechanistic framework for cytochrome P450-catalyzed DKP dimer biosynthesis and providing a blueprint for engineering new radical-mediated oxidative coupling reactions.
最长约 10秒,即可获得该文献文件

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
薄荷完成签到,获得积分10
刚刚
1秒前
1秒前
科目三的应助被危机的友易采纳,获得10
1秒前
江遇完成签到,获得积分20
2秒前
yutang发布了新的文献求助10
2秒前
Wille发布了新的文献求助10
2秒前
木质素爱好者完成签到,获得积分10
2秒前
听雨眠完成签到,获得积分10
2秒前
欧高完成签到 ,获得积分10
2秒前
3秒前
Niko_Mak完成签到,获得积分10
3秒前
4秒前
哈哈哈哈哈哈完成签到,获得积分10
4秒前
5秒前
5秒前
5秒前
6秒前
6秒前
HHYE发布了新的文献求助10
7秒前
8秒前
炸鸡加热完成签到,获得积分10
8秒前
9秒前
9秒前
钉书机机发布了新的文献求助10
9秒前
初景发布了新的文献求助10
9秒前
简单的沛蓝完成签到,获得积分10
9秒前
9秒前
9秒前
joyce完成签到,获得积分10
10秒前
10秒前
10秒前
10秒前
10秒前
火星上的菲鹰的应助被123采纳,获得10
10秒前
cc发布了新的文献求助10
11秒前
希望天下0贩的0的应助被月儿采纳,获得10
11秒前
11秒前
11秒前
杜智诺发布了新的文献求助30
11秒前
高分求助中
(应助此贴封号)通过应助OA文献获取积分 10000
Rosenblum, Global Change Biology 800
A Silent Apostrophe:The Fayum Portraits 520
Organizational Behavior 510
Sing with Understanding: Introduction to Theology in Christian Congregational Song, 3rd ed 330
Auslegung und Untersuchung einer invers ausgelegten Beschaufelung eines einstufigen Axialverdichters mit Vorleitrad (German) 300
AI-Contracting 300
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 计算机科学 工程类 纳米技术 有机化学 化学工程 内科学 物理 生物化学 复合材料 催化作用 细胞生物学 人工智能 心理学 无机化学 基因 遗传学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 7838215
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 9360564
关于积分的说明 20615795
捐赠科研通 7432221
什么是DOI,文献DOI怎么找? 3339047
关于科研通互助平台的介绍 2483359
邀请新用户注册赠送积分活动 2360018