A Tetrahydrobiopterin Radical Forms and then Becomes Reduced during Nω-Hydroxyarginine Oxidation by Nitric-oxide Synthase*
A Tetrahydrobiopterin Radical Forms and then Becomes Reduced during Nω-Hydroxyarginine Oxidation by Nitric-oxide Synthase*
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一氧化氮合酶* Nω-羟基精氨酸氧化过程中形成四氢生物蝶呤自由基，然后被还原
DOI：
--
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发表时间：
2003
影响因子：
4.8
通讯作者：
D. Stuehr
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Chin;Zhi‐qiang Wang;C. Hemann;R. Hille;D. Stuehr
一氧化氮合酶是一种黄血红素酶，催化两个连续的单加氧酶反应，从L-精氨酸产生一氧化氮（NO）。我们研究了酶结合的辅因子6 R-四氢生物蝶呤（H4 B）在NO合成的第二反应中可能的氧化还原作用，该反应是N-羟基-L-精氨酸（NOHA）转化为NO加瓜氨酸。我们使用停流光谱和快速冷冻EPR光谱跟踪血红素和生物蝶呤的转化过程中的单营业额NOHA氧化反应的诱导型一氧化氮合酶（iNOSoxy）的加氧酶结构域催化。在由含有H4 B或5-甲基-H4 B的iNOSoxy催化的反应期间形成显著的生物蝶呤自由基（每个血红素>0.5）。生物蝶呤自由基的形成动力学连接到血红素-二氧基中间体的血红素-NO产物复合物的转化。然后，就在NO从铁血红素-NO产物复合物中解离之前，生物蝶呤自由基在200-300 ms的时间内衰变。最终生物蝶呤氧化还原状态的措施表明，生物蝶呤自由基衰变发生通过酶促单电子还原过程，再生H4 B（或5 MeH 4 B）。这些结果提供了生物蝶呤在NOHA氧化反应过程中具有双重氧化还原功能的证据。这些数据表明，H4 B首先提供一个电子的血红素二氧基中间体，然后H4 B自由基接收电子从下游反应中间体再生H4 B。第一个单电子跃迁使得能够形成与NOHA反应的基于血红素的氧化剂，而第二个单电子跃迁与可以从酶释放NO的铁血红素-NO产物复合物的形成有关。这些氧化还原作用是新颖的，扩大了我们对生物蝶呤在生物学中功能的理解。
Nitric-oxide synthases are flavoheme enzymes that catalyze two sequential monooxygenase reactions to generate nitric oxide (NO) from l-arginine. We investigated a possible redox role for the enzyme-bound cofactor 6R-tetrahydrobiopterin (H4B) in the second reaction of NO synthesis, which is conversion of N-hydroxy-l-arginine (NOHA) to NO plus citrulline. We used stopped-flow spectroscopy and rapid-freeze EPR spectroscopy to follow heme and biopterin transformations during single-turnover NOHA oxidation reactions catalyzed by the oxygenase domain of inducible nitric-oxide synthase (iNOSoxy). Significant biopterin radical (>0.5 per heme) formed during reactions catalyzed by iNOSoxy that contained either H4B or 5-methyl-H4B. Biopterin radical formation was kinetically linked to conversion of a heme-dioxy intermediate to a heme-NO product complex. The biopterin radical then decayed within a 200–300-ms time period just prior to dissociation of NO from a ferric heme-NO product complex. Measures of final biopterin redox status showed that biopterin radical decay occurred via an enzymatic one-electron reduction process that regenerated H4B (or 5MeH4B). These results provide evidence of a dual redox function for biopterin during the NOHA oxidation reaction. The data suggest that H4B first provides an electron to a heme-dioxy intermediate, and then the H4B radical receives an electron from a downstream reaction intermediate to regenerate H4B. The first one-electron transition enables formation of the heme-based oxidant that reacts with NOHA, while the second one-electron transition is linked to formation of a ferric heme-NO product complex that can release NO from the enzyme. These redox roles are novel and expand our understanding of biopterin function in biology.
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