裂解多糖单加氧酶 (LPMO) 是一种强大的单铜酶，能够裂解包括几丁质和纤维素在内的一系列多糖中的糖苷键。这些结晶多糖中易裂糖苷键的C1或C4处的 C−H 键的激活需要强大的氧化还原化学来克服95 kcal/mol量级的激活势垒。了解这些酶如催化此类反应将为设计改进的LPMO或能够激活类似强C−H键的合成铜催化剂提供见解。此类合成催化剂中的铜环境可以通过在次级配位层中放置特定官能团来控制。因此，了解LPMO 环境如何调节铜位点反应性可能会为如何通过合理设计优化合成铜位点提供线索。有鉴于此，Norwegian University of Life Sciences的Morten Sørlie与其合作者为了破译LPMO中保守的谷氨酰胺/谷氨酸是否以及如何调节铜反应性，以经过充分研究的真菌家族 AA9 LPMO（NcAA9C）为研究对象，将NcAA9C中的Gln164 突变为Glu、Asp和Asn三种不同的氨基酸，并应用广泛的生化、计算和光谱技术来评估该残基在LPMO催化反应以及控制中所起的作用。
图片来源：J. Am. Chem. Soc.
所有突变体都表现出LPMO功能和稳定性的变化，其中Q164E突变体表现出铜位点反应性的巨大变化，导致假定的催化机制不同于野生型 NcAA9C。靠近铜的Glu或Asp的存在降低了还原电位，并将还原率和再氧化率之间的比率降低了500倍。所有突变体都表现出酶活降低，可能是由于自由基中间体的限制发生变化，并显示出保护性空穴跳跃途径的变化。
图片来源：J. Am. Chem. Soc.
电子顺磁共振 (EPR) 和X射线吸收光谱 (XAS) 研究对所有NcAA9C突变体给出了几乎相同的结果，表明突变不会直接干扰 Cu(II) 配体场。
图片来源：J. Am. Chem. Soc.
DFT计算表明，如果该残基被质子化，则可以调控观察到的Glu突变体较高的实验再氧化速率。此外，对于谷氨酸形式，该研究鉴定了在 H2O2 分解路径上一步形成的Cu(III)-氢氧化物。 这与野生型和非质子化谷氨酸突变体预测的Cu(II)-氢氧化物和羟基中间体不同。
图片来源：J. Am. Chem. Soc.
这些结果表明，次级配位层残基是铜结合组氨酸支架催化功能的关键决定因素，并提供可能有助于理解 LPMO 和 LPMO 启发的合成催化剂的见解。
图片来源：J. Am. Chem. Soc.
原文标题：A Conserved Second Sphere Residue Tunes Copper Site Reactivity in Lytic Polysaccharide Monooxygenases
J. Am. Chem. Soc 2023, 145, 18888−18903
原文作者：Kelsi R. Hall, Chris Joseph, Iván Ayuso-Fernández, Ashish Tamhankar, Lukas Rieder, Rannei Skaali, Ole Golten, Frank Neese, Åsmund K. Røhr, Sergio A. V. Jannuzzi, Serena DeBeer,* Vincent G. H. Eijsink,* and Morten Sørlie*
目前评论：0