鉄とフェリルの両方の状態におけるハロゲン化物とカチオン性プライム基質のL-リジン4-クロリナーゼ、BESDのカチオン性プライム基質の相乗的結合

脂肪族ハロゲナーゼには、2-オキソグルタル酸（2OG）、ハロゲン化物（Cl-またはBr-）、ハロゲン化標的（「プライム基質」）、および二酸素の4つの基質が必要です。よく研究されている場合、3つの非無味型基質は、O2を効率的に捕捉するために酵素のFe（II）補因子を活性化するために結合する必要があります。ハロゲン化物、2OG、および（最後に）O2はすべて補因子に直接調整して、Cis-Halo-Oxo-Iron（IV）（Haloferryl）複合体への変換を開始します。ラジカルイドカーボンハロゲンのカップリングを有効にするため。L-リジン4-クロリナーゼ、BESDの最初の3つの基質の結合において、運動経路と熱力学的結合を分離しました。2OGの添加後、ハロゲン化物の補因子へのその後の調整と補因子近くのカチオン性L-リスの結合は、強力な異系協同性と関連しています。O2の添加時にハロフェリル中間体への進行は、活性部位に基質をトラップせず、実際、ハロゲン化物とLリスの間の協同性を著しく低下させます。BESDの驚くべき安定性•[Fe（IV）= O]•Cl•cuccinate•l-lys複合体は、特に低塩化物濃度でL-Lys塩素化をもたらさないハロフェリル塩素化をもたらさないハロフェリル中間体の崩壊の経路を引き起こします。特定された経路の1つは、グリセロールの酸化を伴います。機械的データは、（i）BESDが比較的最近または効率的な塩素化のための弱い選択的圧力の下でヒドロキシラーゼの祖先から進化した可能性があることを意味し、（ii）その活動の獲得は、L-Lys結合と塩化物との間の結合の出現を含む可能性があることを意味します。現存するヒドロキシラーゼに存在するアニオン性タンパク質 - カルボン酸鉄リガンドの喪失後の配位。

An aliphatic halogenase requires four substrates: 2-oxoglutarate (2OG), halide (Cl- or Br-), the halogenation target ("prime substrate"), and dioxygen. In well-studied cases, the three nongaseous substrates must bind to activate the enzyme's Fe(II) cofactor for efficient capture of O2. Halide, 2OG, and (lastly) O2 all coordinate directly to the cofactor to initiate its conversion to a cis-halo-oxo-iron(IV) (haloferryl) complex, which abstracts hydrogen (H•) from the non-coordinating prime substrate to enable radicaloid carbon-halogen coupling. We dissected the kinetic pathway and thermodynamic linkage in binding of the first three substrates of the l-lysine 4-chlorinase, BesD. After addition of 2OG, subsequent coordination of the halide to the cofactor and binding of cationic l-Lys near the cofactor are associated with strong heterotropic cooperativity. Progression to the haloferryl intermediate upon the addition of O2 does not trap the substrates in the active site and, in fact, markedly diminishes cooperativity between halide and l-Lys. The surprising lability of the BesD•[Fe(IV)=O]•Cl•succinate•l-Lys complex engenders pathways for decay of the haloferryl intermediate that do not result in l-Lys chlorination, especially at low chloride concentrations; one identified pathway involves oxidation of glycerol. The mechanistic data imply (i) that BesD may have evolved from a hydroxylase ancestor either relatively recently or under weak selective pressure for efficient chlorination and (ii) that acquisition of its activity may have involved the emergence of linkage between l-Lys binding and chloride coordination following the loss of the anionic protein-carboxylate iron ligand present in extant hydroxylases.