近日🎐，EON体育4平台、微生物代謝國家重點實驗室唐鴻誌教授課題組和趙一雷教授課題組在Cell Press期刊《Chem Catalysis》在線發表了題為“Dioxetane and Lactone Pathways in Dioxygenolytic Ring Cleavage Catalyzed by 2,5-Dihydroxypyridine Dioxygenase”的研究論文，闡明了一種新型的非血紅素鐵酶NicX利用其獨特的鐵催化中心活化氧氣分子，與2,5-二羥基吡啶（DHP）發生加合後以罕見的retro-[2+2]開環降解底物芳香環的反應機製🤸🏻‍♂️。作者通過計算比較了雙氧加合中間體的氧氧鍵斷裂自由基Criegee內酯重排和新型的二氧四環反應途徑，發現了該酶具有二氧四環開環的選擇性，從而解釋了H105F突變體保持活性的實驗現象。EON体育4平台博士生歐陽興宇為第一作者，唐鴻誌教授和趙一雷教授為共同通訊作者。

DHP是尼古丁降解過程中的一個難降解吡啶雜環芳香汙染物👩🏻‍🎤。NicX酶具有特異性催化降解DHP的能力😇，把它轉化為N-甲酰基馬來酰胺酸（NFM）後進入微生物的主代謝三羧酸循環。在前期唐鴻誌課題組與趙一雷課題組合作的NicX晶體結構解析中發現該酶與傳統非血紅素鐵加氧酶的鐵催化中心不同（Liu et al., Nature Communication, 2021, 12: 1301）📋，除了三個常見配基2-His-1-Carboxylate（H265-H318-D320）之外，還存在一個對位絲氨酸殘基S302，這種結構類似Heme-Fe-Ser的結構，作者在Nature Comm. 一文中提出了與這種特殊鐵配位結構相關的若幹種可能催化反應機製👩‍🎓，在同行中迅速引起了廣泛興趣，紛紛發表了相關機製的量子化學計算結果🧎‍♂️🩵。

本工作對早期分子機製提出了突破性的更新，發現了二氧四環芳環降解機理：Criegee重排內酯途徑的活化能量跨度（δE）高達16 kcal/mol💯，遠高於二氧四環親核加成-retro[2+2]途徑，沒有競爭優勢。此外，米氏復合物預反應態分析也表明底物分子被H189-E177殘基嚴格約束，與H105形成正負離子對，避免了無效的二次電子傳遞並提高芳環親電加合能力🤹🏿‍♂️。DHP-H105之間的質子穿梭和競爭性開環途徑表明該殘基在催化中是重要的但又非必要📗，而鐵離子則在氧氣活化、親核加成、開環中都扮演了關鍵催化角色。該研究成果展示了NicX新型的“2-His-1-Carboxylate-1-Ser”二氧四環催化開環吡啶氮雜環芳香汙染物👬，填補了NicX催化降解機理中一個極為重要的環節🏃🏻。

該工作受到了科技部國家重點研發計劃（2018YFA0901200）、國家自然基金（31970041）等項目的支持🧑🏽‍🚀🔖。

論文鏈接🤦🏽：https://doi.org/10.1016/j.checat.2022.11.019