Structural and Mechanistic Insights into the C–C Bond-Forming Rearrangement Reaction Catalyzed by Heterodimeric Hinokiresinol Synthase

化学 区域选择性 立体化学 脱羧 ATP合酶 立体选择性 西格玛反应 重排反应 反应中间体 克莱森重排 同位素标记 反应机理 催化作用 生物化学 有机化学
作者
Richiro Ushimaru,Yiling Ding,Takeo Mori,Kazunori Miyamoto,Masanobu Uchiyama,Ikuro Abe
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:145 (40): 21966-21973 被引量:2
标识
DOI:10.1021/jacs.3c06762
摘要

Hinokiresinol synthase (HRS) from Asparagus officinalis consists of two subunits, α and β, and catalyzes an unusual decarboxylative rearrangement reaction of 4-coumaryl 4-coumarate to generate (Z)-hinokiresinol with complete stereoselectivity. Herein, we describe the mechanism of rearrangement catalysis and the role played by the heterodimeric HRS, through structural and computational analyses. Our results suggest that the HRS reaction is unlikely to proceed via the previously hypothesized Claisen rearrangement mechanism. Instead, we propose that the 4-coumaryl 4-coumarate substrate is first cleaved into coumarate and an extended p-quinone methide, which then recombine to generate a new C-C bond. These processes are facilitated by proton transfers mediated by the basic residues (α-Lys164, α-Arg169, β-Lys168, and β-Arg173) in the cavity at the heterodimer interface. The active site residues, α-Asp165, β-Asp169, β-Trp17, β-Met136, and β-Ala171, play crucial roles in controlling the regioselectivity of the coupling between the fragmented intermediates as well as the stereoselectivity of the decarboxylation step, leading to the formation of the (Z)-hinokiresinol product.
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