Structural basis of enzymatic benzene ring reduction

化学 电子转移 组合化学 氧化还原 活动站点 催化作用 戒指(化学) 辅因子 光化学 立体化学 有机化学
作者
Tobias Weinert,Simona G. Huwiler,Johannes W. Kung,Sina Weidenweber,Petra Hellwig,Hans‐Joachim Stärk,Till Biskup,Stefan Weber,Julien J. H. Cotelesage,Graham N. George,Ulrich Ermler,Matthias Boll
出处
期刊:Nature Chemical Biology [Nature Portfolio]
卷期号:11 (8): 586-591 被引量:55
标识
DOI:10.1038/nchembio.1849
摘要

In chemical synthesis, the widely used Birch reduction of aromatic compounds to cyclic dienes requires alkali metals in ammonia as extremely low-potential electron donors. An analogous reaction is catalyzed by benzoyl-coenzyme A reductases (BCRs) that have a key role in the globally important bacterial degradation of aromatic compounds at anoxic sites. Because of the lack of structural information, the catalytic mechanism of enzymatic benzene ring reduction remained obscure. Here, we present the structural characterization of a dearomatizing BCR containing an unprecedented tungsten cofactor that transfers electrons to the benzene ring in an aprotic cavity. Substrate binding induces proton transfer from the bulk solvent to the active site by expelling a Zn(2+) that is crucial for active site encapsulation. Our results shed light on the structural basis of an electron transfer process at the negative redox potential limit in biology. They open the door for biological or biomimetic alternatives to a basic chemical synthetic tool.
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