Katalytische dizuurstofactivering en selectieve oxidatieve splitsing van C-C-bindingen zijn de onderzoekshotspots op het gebied van chemie geworden vanwege hun grote toepassingswaarde in organische synthese en industriële productie.

Quercetine 2, 4-dioxygenasen (QueDs), als een typisch biologisch systeem van metallo-enzymen, kan efficiënt dizuurstof activeren en selectief de oxidatieve splitsing van C-C-bindingen van organische flavonolsubstraten katalyseren onder milde omstandigheden. Hoewel er al tientallen jaren onderzoek wordt gedaan naar QueD's, de gedetailleerde katalytische mechanismen van QueD's, vooral de rollen van het Glu76-residu op de actieve plaats, staan ​​nog ter discussie.

In een studie gepubliceerd in de Dagboek van Katalyse , een groep onder leiding van prof. LI Chunsen van het Fujian Institute of Research on the Structure of Matter (FJIRSM) van de Chinese Academie van Wetenschappen rapporteerde de gedetailleerde mechanismen van reacties die worden gekatalyseerd door wild-type nikkelafhankelijke quercetine 2, 4-dioxygenase (Ni-QueD) en zijn Glu76Asp- en Glu76Gln-mutanten met behulp van gecombineerde MD-simulaties en QM/MM-berekeningen, en ze onthulden de cruciale rol van Glu76-residu bij het sturen van de reactiviteit van Ni-QueD.

De onderzoekers ontdekten dat het geconserveerde nikkel-ligerende Glu76-residu in de gedeprotoneerde vorm essentieel is voor het initiëren van de katalytische reactie door het proton-gekoppelde elektronenoverdrachtproces.

Het gegenereerde en geprotoneerde Glu76 bevordert de daaropvolgende reactie door de waterstofbinding (H-binding) interactie met de carbonylgroepen van quercetine te reguleren.

Onderzoeken van Glu76Gln- en Glu76Asp-mutanten tonen aan dat mutatie van Glu76 een dergelijke H-bindingsinteractie onderdrukt en resulteert in de lagere katalytische activiteit die experimenteel werd waargenomen.

Deze studie biedt niet alleen nuttige informatie over de mechanismen van reacties die worden gekatalyseerd door metaalion-afhankelijke QueD's, maar ook inzichten in hoe enzymen specifieke reacties bereiken door gebruik te maken van de H-bindingsinteractie van de metaalcentrum-ligerende residuen.