裂解性多糖单加氧酶的分子机制

裂解性多糖单加氧酶（LPMOs）是铜金属酶，可通过氧化机制增强多糖解聚，从而提升例如纤维素的生物燃料产率。通过采用密度泛函理论与量子力学/分子力学（QM/MM）结合，我们报道了LPMOs分子机制的完整描述。QM/MM方案使我们能在详细蛋白质环境中描述所有反应步骤，并表明这是必要的。先前已提出若干能从底物夺取氢的活性物种。我们研究先前建议的路径以及新路径。我们描述活性中间体的生成、从多糖底物夺取氢原子，以及OH转移回底物的最终复合步骤。我们展示超氧[CuO2]+复合物可被邻近组氨酸残基（近期诱变研究与晶体学工作所提示）质子化，并且在有电子源可用时，于O-O键断裂和水解离后形成氧基复合物。该氧基复合物或与底物反应，或进一步质子化为羟基复合物。氧基与羟基复合物也可由与H2O2反应轻易生成。氧基与羟基复合物夺C-H的活化能垒分别为69和94 kJ/mol，而铜-超氧物种的能垒高得多（156 kJ/mol）。我们对有结构数据的中间体获得良好结构一致性，且估计反应能与实验速率常数相符。因此，我们建议的机制是迄今最完整的，并与已有实验证据一致。