酶在所有生命领域催化重要的生物过程。一个大而多功能的酶家族具有三维结构，包含双链β -螺旋(或jellyroll)蛋白折叠，通常具有2-组氨酸-1-羧酸氨基酸基序，用于结合亚铁离子(图1)。该金属中心与2-氧葡萄糖酸盐和氧相互作用，形成琥珀酸盐、二氧化碳和高活性的铁(IV)-氧(或铁基)中间体。该加氧酶家族的成员使用铁基中间体氧化其主要底物，以实现一系列显著的催化反应(图2)。

图1所示。2-氧戊二酸依赖加氧酶的典型结构、活性位点和一般反应。

许多2-氧戊二酸依赖的加氧酶使用铁基中间体将氧原子插入C-H键，这是一种羟化酶反应，广泛研究使用陶德酶分解牛磺酸(一种生物磺酸)。类似的化学步骤负责结构蛋白胶原中脯氨酸残基的修饰，其他脯氨酸羟化酶的氧感应，DNA和RNA中烷基化损伤的修复，与表观遗传调控相关的组蛋白去甲基化以及许多其他转化。

一个密切相关的一系列反应是由卤素酶进行的，它安装一个卤素原子(如氯或溴)来取代碳氢键上的氢原子。例如，在紫霉素E合成中，syb2分解2-氧葡萄糖酸盐并消耗氧气，同时向l-苏氨酸添加一个氯原子，生成4- cl - l-苏氨酸(当与称为syb1的载体蛋白连接时)。这些酶中的铁原子与2-组氨酸基序结合，在其他家族成员中发现的羧酸盐被丙氨酸残基取代。

图2所示。2-氧戊二酸依赖加氧酶催化的转化类型。

几种类型的加氧酶反应用于抗生素的合成。例如，clavaminate synthase (CAS)在β-内酰胺生物合成过程中催化羟基化、环形成和双键形成(去饱和)。此外，碳青霉烯类合成酶(CarC)催化去饱和和外映异构(立体中心反转)，而去乙酰氧基头孢菌素C合成酶(DAOCS)催化相关化合物的环扩张。这些反应中的每一个都是制造抗生素目标群的关键。

该酶家族的其他成员利用相关化学物质在植物、真菌和细菌中产生一系列具有不同功能的额外代谢物。仅举两个例子，从天仙子中提取的海莨菪胺6β-羟化酶(H6H)在致幻的莨菪烷生物碱中产生一个三元环氧环，从真菌中提取的FtmOx1通过内过氧化(形成R-O-O-R键)在真菌毒素中连接两个烷基。

显然，使用亚铁离子和2-氧葡萄糖酸盐的加氧酶能够催化广泛的化学反应，将其目标底物转化为多种重要的生物化合物。

出版

铁(II)-和2-氧戊二酸依赖加氧酶的催化机制。
马丁内斯S, Hausinger RP
生物化学学报，2015年8月21日

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