O2-Reduktion zu Wasser durch hochpotente Multicopper-Oxidasen: Beiträge des T1-Kupferstelle-Potentials und der lokalen Umgebung des trinuklearen Kupferclusters

Hochpotente Multicopper-Oxidasen (MCOs) haben T1-Reduktionspotenziale >600 mV (vs. Normalwasserstoffelektrode), was sie zu wichtigen Katalysatoren für die O2-Reduktion in verschiedenen biotechnologischen Anwendungen macht. Der Mechanismus der Sauerstoffreduktion für die niederen potenziellen MCOs ist gut charakterisiert; jedoch ist die O2-Reaktivität der hochpotenten MCOs nicht gut verstanden. In dieser Studie haben wir gezeigt, dass Laccase aus Trametes versicolor, bei der das T1-Redoxpotential um etwa 350 mV über das der niedrigpotenten MCOs erhöht ist, was einem Abfall der Antriebskraft von 8 kcal/mol entspricht, eine langsamere intramolekulare Elektronenübergangsrate (IET) zum trinuklearen Cu-Cluster (TNC) im nativen Zwischenprodukt (NI) aufweist, relativ zur niedrigpotenten MCO aus Rhus vernicifera Laccase. Diese IET-Rate ist jedoch über 102 Mal schneller als die Zerfallsrate des NI, was zeigt, dass diese Zwischenform des Enzyms katalytisch relevant ist und eine schnelle Umwandlung ermöglicht. Im Gegensatz zu den niederen potenziellen MCOs, bei denen die T1-Reduktion durch Substrat geschwindigkeitsbestimmend ist, ist der geschwindigkeitsbestimmende Schritt bei der Umwandlung hochpotenter MCOs der erste IET zum NI. Ein Teil des Unterschieds im Reduktionspotential der T1-Stellen in hoch gegenüber niedrig potenten MCOs wird durch ein etwa 100 mV höheres Reduktionspotential des NI ausgeglichen, bedingt durch die positivere Proteinumgebung in der Nähe des TNC.