含有氮-氮（N–N）键的分子涵盖了多种官能团，包括肼、重氮化合物、吡唑和N-亚硝基化合物。含N–N的分子是氮循环中的关键中间体，并存在于重要的合成药物中，如瑞德西韦和缬沙坦。此外，已发现数百种含有N–N键的特殊天然代谢物，最近的研究揭示了这些含N–N键分子的相应生物合成途径，展现了多种多样的生物合成策略，这些策略经过进化以实现N–N键的形成。然而，在某些生物合成途径中，对直接形成N(sp3)–N(sp3)提出了一个难题：两个通常具有亲核性的原子必须结合。为了直接形成N(sp3)–N(sp3)键，相关的酶必须逆转其中一个氮原子的典型亲核性。目前，关于克服N–N键形成这一基本障碍的酶促机制，知之甚少。
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有鉴于此，The University of British Columbia的Katherine S. Ryan与其合作者报道了一种血红素依赖性酶PipS的结构，其在N5-OH-L-鸟氨酸的环化过程中催化N–N键的形成，生成L-哌嗪酸。这项研究揭示了Lys-Thr二元体在催化早期的作用，并表明PipS以底物特异性的方式催化N–N键的形成或亚胺基团的形成，这可能源于一个共享的氮烯中间体，该中间体有效地逆转了羟胺氮的亲核性。这项研究扩展了对酶促N–N键形成的认识，并阐明了血红素辅因子的催化多功能性，为基因编码的N–N键形成生物催化剂铺平了道路。
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原文标题：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
