O ₂ ‐Aktivierung an einem enzymatischen diFe‐Zentrum: Brückenligand‐Substitutionen ändern die Fe(II)/Fe(II) (Hydro)peroxo‐Bindung

Zusammenfassung Eine Vielzahl von Nicht‐Häm‐Dieisen‐Enzymen nutzt ein konserviertes 2‐His‐4‐Carboxylat‐Motiv, um ein zweikerniges Fe‐Zentrum zu koordinieren und molekularen Sauerstoff für verschiedene Arten von Reaktionen zu aktivieren. Zwei der Carboxylatreste fungieren als Brückenliganden zwischen den Fe‐Ionen. Da davon ausgegangen wird, dass die Art und der Typ der Koordination der Brückenliganden im Fe(II)/Fe(II) Zustand die Reaktivität modulieren, wurden sie verwendet, um Dieisen‐Oxygenasen in drei strukturelle Unterklassen einzuteilen. In dieser Studie verwenden wir das kleine Dieisen‐Enzym Sulerythrin als Modellsystem und zeigen, dass der Austausch der verbrückenden Carboxylat‐Aminosäuren eine Verringerung des Abstands zwischen den beiden Fe‐Ionen ermöglicht, den Koordinationstyp der Brückenliganden von 1,3‐Carboxylaten zu 1,1‐Carboxylaten verändert und alle drei strukturellen Unterklassen Fe(II)/Fe(II) aktiver Zentren innerhalb desselben Protein‐Gerüsts zugänglich macht. Zusätzlich zu den bekannten Klassen haben wir einen Koordinationsmodus mit zwei 1,1‐Carboxylatbrücken erzeugt. Die daraus resultierenden Veränderungen in der Fe‐Koordination verändern auch die Beschaffenheit der bei der Reaktion mit O 2 gebildeten Fe(III)/Fe(III) (Hydro)peroxo‐Zwischenprodukten. Schließlich zeigen wir, dass die Modulation der Carboxylatbrücken die Reaktivität von Sulerythrin mit O 2 beeinflusst. Wir etablieren Sulerythrin als vielseitige Plattform, in der durch wenige Austauschvorgänge unterschiedliche diFe‐Zentren konstruiert und verschiedene stabile (Hydro)peroxo‐Zwischenprodukte für weitere Studien erzeugt werden können.