異常なフェリル中間体と、ロリーヌ生産鉄（II）および2-オキソグルタル酸依存性オキシゲナーゼ、ロロによるオキシカシクリゼーションのメカニズムに対するその意味

N-アセチルノルロリンシンターゼ（LOLO）は、貴重な天然産物の生合成におけるさまざまなタイプの連続反応を触媒するいくつかの鉄（II）および2-オキソグルタル酸依存性（FE/2OG）オキシゲナーゼの1つです。ロロは、C2結合酸素をC7に結合して三環式ロリーヌコアを形成する前に、1-エキソアセトアミドピルロリジジンのC2をヒドロキシル化します。各反応には、オキソイロン（IV）（フェリル）中間体によるC-H結合の切断が必要です。ただし、異なる炭素が標的となり、炭素ラジカルには異なる運命があります。以前の研究では、基質指電（SCD）がH・抽象化の部位を制御し、反応結果に影響を与える可能性があることが示されました。これらの適応症により、最初のロロ反応から2番目のロロ反応へのSCDの変化が観察された反応性スイッチに寄与するかどうかを判断することになりました。C2ヒドロキシル化反応の単一のフェリル複合体は以前に典型的なmössbauerパラメーターを持つことが示されていましたが、オキサシクリゼーション反応中に蓄積する2つのフェリル複合体の1つは、C7 〜20からのこのような複雑で抽象的H・そのような複雑で抽象的に見られる最も高い異性体シフトを持っています。C7の以前に報告されたオフパスウェイヒドロキシル化の最初のFerrylコンプレックスよりも速いです。2番目のフェリル複合体による環化との競合でのC7の検出可能なヒドロキシル化は、2H2O溶媒では強化されておらず、C2ヒドロキシルがC7-H切断の前に脱プロトン化されることを示唆しています。これらの観察結果は、C2酸素のフェリル複合体への配位と一致しており、そのオキソリガンド、基質、またはその両方をC7-H切断およびオキシカシクリゼーションにより好ましい位置に再配向する可能性があります。

N-Acetylnorloline synthase (LolO) is one of several iron(II)- and 2-oxoglutarate-dependent (Fe/2OG) oxygenases that catalyze sequential reactions of different types in the biosynthesis of valuable natural products. LolO hydroxylates C2 of 1-exo-acetamidopyrrolizidine before coupling the C2-bonded oxygen to C7 to form the tricyclic loline core. Each reaction requires cleavage of a C-H bond by an oxoiron(IV) (ferryl) intermediate; however, different carbons are targeted, and the carbon radicals have different fates. Prior studies indicated that the substrate-cofactor disposition (SCD) controls the site of H· abstraction and can affect the reaction outcome. These indications led us to determine whether a change in SCD from the first to the second LolO reaction might contribute to the observed reactivity switch. Whereas the single ferryl complex in the C2 hydroxylation reaction was previously shown to have typical Mössbauer parameters, one of two ferryl complexes to accumulate during the oxacyclization reaction has the highest isomer shift seen to date for such a complex and abstracts H· from C7 ∼ 20 times faster than does the first ferryl complex in its previously reported off-pathway hydroxylation of C7. The detectable hydroxylation of C7 in competition with cyclization by the second ferryl complex is not enhanced in 2H2O solvent, suggesting that the C2 hydroxyl is deprotonated prior to C7-H cleavage. These observations are consistent with the coordination of the C2 oxygen to the ferryl complex, which may reorient its oxo ligand, the substrate, or both to positions more favorable for C7-H cleavage and oxacyclization.