Enzymatic Carboxylation of 2-Furoic Acid Yields 2,5-Furandicarboxylic Acid (FDCA)

化学 羧化 辅因子 基质(水族馆) 残留物(化学) 对苯二甲酸 黄素组 单体 立体化学 催化作用 生物化学 有机化学 聚酯纤维 生物 聚合物 生态学
作者
K.A.P. Payne,Stephen Marshall,Karl Fisher,Matthew J. Cliff,Diego M. Cannas,Cunyu Yan,Derren J. Heyes,David A. Parker,Igor Larrosa,David Leys
出处
期刊:ACS Catalysis [American Chemical Society]
卷期号:9 (4): 2854-2865 被引量:94
标识
DOI:10.1021/acscatal.8b04862
摘要

The biological production of FDCA is of considerable value as a potential replacement for petrochemical-derived monomers such as terephthalate, used in polyethylene terephthalate (PET) plastics. HmfF belongs to an uncharacterized branch of the prenylated flavin (prFMN) dependent UbiD family of reversible (de)carboxylases and is proposed to convert 2,5-furandicarboxylic acid (FDCA) to furoic acid in vivo. We present a detailed characterization of HmfF and demonstrate that HmfF can catalyze furoic acid carboxylation at elevated CO2 levels in vitro. We report the crystal structure of a thermophilic HmfF from Pelotomaculum thermopropionicum, revealing that the active site located above the prFMN cofactor contains a furoic acid/FDCA binding site composed of residues H296-R304-R331 specific to the HmfF branch of UbiD enzymes. Variants of the latter are compromised in activity, while H296N alters the substrate preference to pyrrole compounds. Solution studies and crystal structure determination of an engineered dimeric form of the enzyme revealed an unexpected key role for a UbiD family wide conserved Leu residue in activity. The structural insights into substrate and cofactor binding provide a template for further exploitation of HmfF in the production of FDCA plastic precursors and improve our understanding of catalysis by members of the UbiD enzyme family.

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