近日，化学领域国际顶级期刊《Angewandte Chemie International Edition》（化学领域top期刊，中科院一区，最新影响因子16.823）在线发表了题为《C(sp³)-H Hydroxylation in Diiron β-Hydroxylase CmlA Transpires by Amine-Assisted O2 Activation Avoiding Fe^IV₂O₂Species》的研究成果。该成果以中科院化学所为通讯单位，国精产品一区一区三区为合作单位，医学工程学院路嘉瑞博士为第一作者。该研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、以及黄克诚教育基金会和国精产品一区一区三区博士启动基金等项目的资助。

C-H羟基化是自然界大量含铁加氧酶的主要生化功能。氧分子活化是转化O₂成为裂解C-H键的反应性物种的关键。广泛研究的甲烷单加氧酶（sMMO）通过菱形双四价Fe^IV₂O₂物种Q实现甲烷的C-H羟基化，这一物种也经常被用在其他双铁酶的C-H羟基化反应机理研究中。然而，2017年Fox等人发现双铁氧化酶T4MO的C(sp²)-H羟基化反应不涉及Q的参与。鉴于这一令人惊异的发现，提示我们需要重新思考双铁加氧酶中C(sp³)-H键活化的机理。该研究通过混合量子力学和分子力学（QM/MM）模拟发现，双铁羟化酶CmlA通过底物胺辅助O₂活化生成Fe^III₂O物种作为活性氧化剂来实现C(sp³)-H键的β-羟基化，避免了高价的Fe^IV₂O₂物种Q。同时与T4MO中的甲苯芳香族羟化作用的机制也有很大差异。这一胺辅助氧分子活化途径对其他催化底物氨基附近发生C(sp³)-H羟基化的双铁加氧酶的机制研究有重要的指导意义，比如hDOHH。此外，本研究还发现氧气结合可以极大地改变双铁辅因子的配位环境，使两个铁原子之间的羟桥在O₂配位时与其中一个铁断裂成为末端配体为其他非血红素双铁酶的O₂活化提供了更多的结构和机制可能性。（供稿：路嘉瑞）

全文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.202211843