Um resíduo de Tyr no local ativo orienta a regioselectividade da hidroxilação da lisina por enzimas lisina-4-hidroxilase de ferro não heme através de transferência de elétrons acoplada ao próton.

A dioxiase de lisina (KDO) é uma enzima importante na fisiologia humana envolvida em bioprocessos que desencadeiam a reticulação do colágeno e o controle da pressão arterial. Existem várias KDOs na natureza; no entanto, pouco se sabe sobre os fatores que governam a regio- e estereoseletividade dessas enzimas. Para entender como as KDOs podem hidroxilar seletivamente seu substrato, fizemos um estudo computacional abrangente sobre os mecanismos e características da 4-dioxiase de lisina. Em particular, selecionamos um instantâneo da simulação MD sobre KDO5 e criamos grandes modelos de cluster QM (A, B e C) contendo 297, 312 e 407 átomos, respectivamente. O maior modelo prevê uma regioselectividade que corresponde à observação experimental com a abstração de átomos de hidrogênio limitante de taxa da posição C4–H, seguida por um rápido rebote de OH para formar produtos de 4-hidroxilisina. Os cálculos mostram que no modelo C, o momento dipolar está posicionado ao longo da ligação C4–H do substrato e, portanto, as perturbações eletrostáticas e do campo elétrico da proteína ajudam a enzima a criar seletividade de hidroxilação C4–H. Além disso, um resíduo de Tyr233 no local ativo é identificado e reage através de transferência de elétrons acoplada a prótons, semelhante ao resíduo axial Trp na peroxidase de citocromo c. Assim, após a formação da espécie ferro(IV)-oxo no ciclo catalítico, o fenol Tyr233 perde um próton para o resíduo Asp179 próximo, enquanto ao mesmo tempo, um elétron é transferido para o ferro para criar uma espécie ativa de ferro(III)-oxo. Esse resíduo de tirosila carregado dirige o momento dipolar ao longo da ligação C4–H do substrato e orienta a seletividade para a hidroxilação C4 do substrato.