計算得到的cADO含氧活性中間體結(jié)構(gòu)及其57Fe穆斯堡爾譜參數(shù) 

在中科院化學(xué)所理論計算化學(xué)平臺項目和國家自然科學(xué)基金委的支持下，化學(xué)所光化學(xué)院重點實驗室的科研人員在理論計算預(yù)測雙鐵加氧酶含氧活性中間體結(jié)構(gòu)研究方面取得系列進展。在前期工作中，針對藍藻醛去甲酰化加氧酶(cADO)，科研人員對其含氧活性中間體結(jié)構(gòu)、57Fe穆斯堡爾譜參數(shù)、底物氧化機理等，開展了多尺度QM/MM（混合量子力學(xué)/分子力學(xué)）理論計算模擬研究，證實了其中間體結(jié)構(gòu)是O2與醛底物形成的過氧半縮醛結(jié)構(gòu)(圖1)，而不是以往通常認為的過氧化物結(jié)構(gòu)。

研究還發(fā)現(xiàn)，O2、醛底物、對稱雙鐵中心三者間的相互作用，具有左右不對稱性，在含氧活性中間體形成時，作為雙鐵配體的一個組氨酸殘基會罕見地從雙鐵中心解離。該工作也顯示QM/MM水平的57Fe穆斯堡爾譜模擬，在雙鐵加氧酶含氧活性中間體預(yù)測方面具有應(yīng)用潛力。相關(guān)結(jié)果發(fā)表在J. Phys. Chem. Lett. 2016, 7, 4427-4432。

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　最近，針對目前僅有的兩種雙鐵芳胺加氧酶AurF和CmlI，利用多尺度QM/MM模擬結(jié)合57Fe穆斯堡爾譜模擬，科研人員首次提出了這兩種酶含氧活性中間體P具有類似的結(jié)構(gòu)。研究發(fā)現(xiàn)：

（1）AurF和CmlI的含氧活性中間體P都具有μ-η0:η2型O2配位的雙三價鐵氫過氧化物((FeIII)2-hydroperoxo)結(jié)構(gòu)；

（2）預(yù)測的雙三價鐵氫過氧化物結(jié)構(gòu)P可以有效介導(dǎo)芳胺基到亞硝基，再到硝基的芳胺氮氧化過程，其中涉及胺基孤對電子的電子耦合質(zhì)子轉(zhuǎn)移（PCET）過程對胺基N-H鍵斷裂起重要作用；

（3）理論計算預(yù)測的雙三價鐵氫過氧化物的μ-η0:η2型O2配位結(jié)構(gòu)可以解釋很多雙鐵芳胺加氧酶實驗研究中的難題，如AurF和CmlI不同的57Fe穆斯堡爾譜參數(shù)，含氧活性中間體P相對較低的O-O振動頻率、含氧活性中間體P的親電/親核雙親反應(yīng)性、以及其C-H活化的反應(yīng)惰性。

科研人員預(yù)言的雙鐵芳胺加氧酶AurF和CmlI含氧活性中間體P的結(jié)構(gòu)類似性，為統(tǒng)一它們的酶催化反應(yīng)機理提供了基礎(chǔ)。相關(guān)結(jié)果發(fā)表在J. Am. Chem. Soc. 2017, 139, 13038-13046。 

　理論計算預(yù)測得到的雙鐵芳胺加氧酶AurF和CmlI的含氧活性中間體結(jié)構(gòu)