Long-Lived Hydrated FMN Radicals: EPR Characterization and Implications for Catalytic Variability in Flavoproteins.
Long-Lived Hydrated FMN Radicals: EPR Characterization and Implications for Catalytic Variability in Flavoproteins.
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长寿命水合 FMN 自由基：EPR 表征及其对黄素蛋白催化变异性的影响
DOI：
10.1021/jacs.8b07544
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发表时间：
2018
影响因子：
15
通讯作者：
E. Schleicher
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
A. Rostas;C. Einholz;B. Illarionov;L. Heidinger;T. Al Said;A. Bauss;M. Fischer;A. Bacher;S. Weber;E. Schleicher
到目前为止，FMN/FAD自由基在水溶液或其他质子溶剂中由于快速有效的失配反应而无法稳定。本文报道了一种稳定水溶液中黄素自由基的新体系。在琼脂糖基质中捕获FMN后，可以产生光生成的FMN自由基，即使在有氧条件下也可以稳定数天，其浓度足够高，可以进行广泛的EPR表征。采用连续波EPR和低温ENDOR光谱相结合的方法，可以提取出所有大的超细耦合。为了绘制黄素自由基电子结构的差异，我们将两个典型的质子超精细偶联与各种中性和阴离子黄素蛋白自由基C(6)H和C(8α)H3的公布值进行了比较。结果表明，在水环境中，FMN•表现出最大的超细耦合，而在类似条件下，FMNH•的超细耦合处于较低的一端，两者的值相差高达30%。这一发现表明，中性和阴离子黄蛋白自由基中的蛋白质-辅助因子相互作用可以改变它们在不同方向上的电子自旋密度。有了这个水系统，可以在没有蛋白质相互作用的情况下表征黄素自由基，并且可以通过使用选择性同位素标记来扩展，现在有了一个强大的工具来量化黄素自由基中调节不同黄素蛋白反应性的相互作用。
Until now, FMN/FAD radicals could not be stabilized in aqueous solution or other protic solvents because of rapid and efficient dismutation reactions. In this contribution, a novel system for stabilizing flavin radicals in aqueous solution is reported. Subsequent to trapping FMN in an agarose matrix, light-generated FMN radicals could be produced that were stable for days even under aerobic conditions, and their concentrations were high enough for extensive EPR characterization. All large hyperfine couplings could be extracted by using a combination of continuous-wave EPR and low-temperature ENDOR spectroscopy. To map differences in the electronic structure of flavin radicals, two exemplary proton hyperfine couplings were compared with published values from various neutral and anionic flavoprotein radicals: C(6)H and C(8α)H3. It turned out that FMN•–in an aqueous environment shows the largest hyperfine couplings, whereas for FMNH•under similar conditions, hyperfine couplings are at the lower end and the values of both vary by up to 30%. This finding demonstrates that protein–cofactor interactions in neutral and anionic flavoprotein radicals can alter their electron spin density in different directions. With this aqueous system that allows the characterization of flavin radicals without protein interactions and that can be extended by using selective isotope labeling, a powerful tool is now at hand to quantify interactions in flavin radicals that modulate the reactivity in different flavoproteins.
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