含有氮-氮（N–N）鍵的分子涵蓋了多種官能團，包括肼、重氮化合物、吡唑和N-亞硝基化合物。含N–N的分子是氮循環中的關鍵中間體，并存在于重要的合成藥物中，如瑞德西韋和纈沙坦。此外，已發現數百種含有N–N鍵的特殊天然代謝物，最近的研究揭示了這些含N–N鍵分子的相應生物合成途徑，展現了多種多樣的生物合成策略，這些策略經過進化以實現N–N鍵的形成。然而，在某些生物合成途徑中，對直接形成N(sp3)–N(sp3)提出了一個難題：兩個通常具有親核性的原子必須結合。為了直接形成N(sp3)–N(sp3)鍵，相關的酶必須逆轉其中一個氮原子的典型親核性。目前，關于克服N–N鍵形成這一基本障礙的酶促機制，知之甚少。
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有鑒于此，The University of British Columbia的Katherine S. Ryan與其合作者報道了一種血紅素依賴性酶PipS的結構，其在N5-OH-L-鳥氨酸的環化過程中催化N–N鍵的形成，生成L-哌嗪酸。這項研究揭示了Lys-Thr二元體在催化早期的作用，并表明PipS以底物特異性的方式催化N–N鍵的形成或亞胺基團的形成，這可能源于一個共享的氮烯中間體，該中間體有效地逆轉了羥胺氮的親核性。這項研究擴展了對酶促N–N鍵形成的認識，并闡明了血紅素輔因子的催化多功能性，為基因編碼的N–N鍵形成生物催化劑鋪平了道路。
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原文標題：Structure and mechanism of haem-dependent nitrogen–nitrogen bond formation in piperazate synthase
原文作者：Melanie A. Higgins, Xinjie Shi, Jordi Soler, Jill B. Harland, Taylor Parkkila, Nicolai Lehnert, Marc Garcia-Borràs, Yi-Ling Du & Katherine S. Ryan
https://doi.org/10.1038/s41929-024-01280-8
