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Dimer-assisted mechanism of (un)saturated fatty acid decarboxylation for alkene production

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Autor(es):
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Rade, Leticia L. ; Generoso, Wesley C. ; Das, Suman ; Souza, Amanda S. ; Silveira, Rodrigo L. ; Avila, Mayara C. ; Vieira, Plinio S. ; Miyamoto, Renan Y. ; Lima, Ana B. B. ; Aricetti, Juliana A. ; de Melo, Ricardo R. ; Milan, Natalia ; Persinoti, Gabriela F. ; Bonomi, Antonio M. F. L. J. ; Murakami, Mario T. ; Makris, Thomas M. ; Zanphorlin, Leticia M.
Número total de Autores: 17
Tipo de documento: Artigo Científico
Fonte: PROCEEDINGS OF THE NATIONAL ACADEMY OF SCIENCES OF THE UNITED STATES OF AMERICA; v. 120, n. 22, p. 10-pg., 2023-05-22.
Resumo

The enzymatic decarboxylation of fatty acids (FAs) represents an advance toward the develop-ment of biological routes to produce drop-in hydrocarbons. The current mechanism for the P450-catalyzed decarboxylation has been largely established from the bacterial cytochrome P450 OleTJE. Herein, we describe OleTPRN, a poly-unsaturated alkene-producing decar-boxylase that outrivals the functional properties of the model enzyme and exploits a distinct molecular mechanism for substrate binding and chemoselectivity. In addition to the high conversion rates into alkenes from a broad range of saturated FAs without dependence high salt concentrations, OleTPRN can also efficiently produce alkenes from unsaturated (oleic and linoleic) acids, the most abundant FAs found in nature. OleTPRN performs carbon-carbon cleavage by a catalytic itinerary that involves hydrogen-atom transfer the heme-ferryl intermediate Compound I and features a hydrophobic cradle at the distal region of the substrate-binding pocket, not found in OleTJE, which is proposed to play a role in the productive binding of long-chain FAs and favors the rapid release of products from the metabolism of short-chain FAs. Moreover, it is shown that the dimeric configuration of OleTPRN is involved in the stabilization of the A-A' helical motif, a second-coordination sphere of the substrate, which contributes to the proper accommodation of the aliphatic tail in the distal and medial active-site pocket. These findings provide an alternative molecular mechanism for alkene production by P450 peroxygenases, creating new opportunities for biological production of renewable hydrocarbons. (AU)

Processo FAPESP: 19/12599-0 - Elucidação dos mecanismos de peroxigenases não convencionais com aplicação na produção de biocombustíveis avançados
Beneficiário:Mayara Chagas de Ávila
Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado Direto
Processo FAPESP: 19/08855-1 - Novos mecanismos de P450: uma estratégia enzimática para a produção de hidrocarbonetos renováveis
Beneficiário:Leticia Maria Zanphorlin
Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Regular
Processo FAPESP: 20/01967-6 - Mecanismos de descarboxilação enzimática de ácidos graxos em olefinas terminais visando a obtenção de biocombustíveis drop-in
Beneficiário:Natalia Milan
Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado Direto
Processo FAPESP: 18/04897-9 - Produção de biodiesel e hidrocarbonetos renováveis via rota enzimática: da obtenção da enzima à avaliação econômica do processo integrado
Beneficiário:Letícia Leandro Rade
Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Pós-Doutorado