Substrate Conformation Regulates Aromatic C–H Vs C–F Bond Activation in Heme-Dependent Tyrosine Hydroxylase

化学 基质(水族馆) 血红素 立体化学 酪氨酸 分子动力学 酪氨酸羟化酶 计算化学 生物化学 生物 生态学
作者
Warispreet Singh,Sónia F. G. Santos,Shalini Yadav,Gary W. Black,Kshatresh Dutta Dubey
出处
期刊:Biochemistry [American Chemical Society]
卷期号:62 (10): 1577-1587 被引量:2
标识
DOI:10.1021/acs.biochem.3c00087
摘要

A recently discovered heme-dependent enzyme tyrosine hydroxylase (TyrH) offers a green approach for functionalizing the high-strength C–H and C–F bonds in aromatic compounds. However, there is ambiguity regarding the nature of the oxidant (compound 0 or compound I) involved in activating these bonds. Herein, using comprehensive molecular dynamics (MD) simulations and hybrid quantum mechanical/molecular mechanical calculations, we reveal that it is compound I (Cpd I) that acts as the primary oxidant involved in the functionalization of both C–F and C–H bonds. The energy barrier for C–H and C–F activation using compound 0 (Cpd 0) as an oxidant was very high, indicating that Cpd 0 cannot be an oxidant. Consistent with the previous experimental finding, our simulation shows two different conformations of the substrate, where one orientation favors the C–H activation, while the other conformation prefers the C–F activation. As such, our mechanistic study shows that nature utilizes just one oxidant, that is, Cpd I, but it is the active site conformation that decides whether it selects C–F or C–H functionalization which may resemble involvement of two different oxidants.
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