Регулирование восстановительного потенциала типа 1 мультикупровых оксидаз: разделение эффектов электростатики и водородного связывания с лигандами-гистидинами

В мультикупровых оксидазах (MCO) медь типа 1 (T1) принимает электроны от субстрата и передаёт их триядерному кластеру меди (TNC), где O2 восстанавливается до H2O. Потенциал T1 в MCO варьирует от 340 до 780 мВ; этот диапазон не объясняется существующими литературными данными. В настоящем исследовании рассмотрена разница потенциалов около 350 мВ между центрами T1 в Fet3p и лакказе Trametes versicolor (TvL), имеющих одинаковый набор лигандов 2His1Cys. Результаты комплекса спектроскопических исследований окисленных и восстановленных центров T1 в этих MCO показывают, что они имеют эквивалентные геометрические и электронные структуры. Однако два лиганда His меди T1 в Fet3p образуют водородные связи с карбоксилатными остатками, тогда как в TvL они связаны водородными связями с незаряженными группами. Спектроскопия модуляции огибающей электронного спинового эха выявляет значительные различия во взаимодействиях посредством водородных связей во второй координационной сфере двух центров T1. Окислительно-восстановительное титрование производных Fet3p с удалённой медью типа 2, а также его вариантов D409A и E185A показывает, что два карбоксилата (D409 и E185) понижают потенциал T1 соответственно на 110 и 255–285 мВ. Расчёты в рамках теории функционала плотности разделяют влияние зарядов карбоксилатов и различий в их взаимодействиях посредством водородных связей с лигандами His на потенциал T1, указывая на вклад 90–150 мВ от анионного заряда и около 100 мВ от сильной водородной связи. Наконец, это исследование объясняет в целом низкие потенциалы металлооксидаз по сравнению с широким диапазоном потенциалов органических оксидаз различиями в окисленных состояниях их TNC, участвующих в каталитическом цикле.