Structure and peroxidase activity of ferric Streptomyces clavuligerus orf10-encoded protein P450CLA: UV-visible, CD, MCD and EPR spectroscopic characterization

Abstract

The present study reports the spectroscopic characterization by UV-visible absorption spectroscopy, magnetic circular dichroism (MCD) and electron paramagnetic resonance (EPR) of the recombinant orf10-encoded P450-camphor like protein (P450CLA)of Streptomyces clavuligerus expressed in Escherichia coli Rosetta in the native form and associated to external ligands containing the β-lactam, oxazole and alkylamine-derived (alcohol) moieties of the clavulamic acid. Considering the diversity of potential applications for the enzyme, the reactivity with tert-butylhydroperoxide (tert-BuOOH) was also characterized. P450CLA presents a covalently bound heme group and exhibited the UV-visible, CD and MCD spectral features of P450CAM including the fingerprint Soret band at 450 nm generated by the ferrous CO-complex. P450CLA was converted to high valence species by tert-BuOOH and promoted homolytic scission of the O-O bond. The radical profile of the reaction was tert-butyloxyl as primary and methyl and butylperoxyl as secondary radicals. The secondary methyl and butylperoxyl radicals resulted respectively from the β-scission of the alkoxyl radical and from the reaction of methyl radical with molecular oxygen.

Translated abstract

O presente trabalho reporta a caracterização espectroscópica por absorção UV-visível, dicroísmo circular magnético (MCD) e ressonância paramagnética eletrônica (EPR) da proteína recombinante do tipoP450-canfora (P450CAM) codificada pela orf10 de Streptomyces clavuligerus (P450CLA) expressa por Escherichia coli Rosetta na forma nativa e associada a ligantes externos contendo os grupos β-lactamato, oxazol e derivado de alquilamina (álcool) do ácido clavulâmico. Considerando a diversidade de aplicações da enzima P450, sua reatividade com terc-butil-hidroperóxido (terc-BuOOH) foi caracterizada. O grupo heme da P450CLA apresenta-se covalentemente ligado e exibe características espectrais de UV-visível, CD e MCD de P450CAM, incluindo a banda Soret em 450 nm proveniente do complexo ferroso-CO. P450CLA foi convertido em espécies de valência alta pelo terc-BuOOH e promoveu cisão homolítica da ligação O-O. O perfil radicalar da reação foi terc-butiloxil como radical primário e metil e butilperoxil como radicais secundários. Os radicais metil e butilperoxil resultaram respectivamente da cisão-β do radical alcoxil e da reação do radical metil com oxigênio molecular.