非血红素铁酶能够通过氧气活化介导各种各样的氧化反应，包括C-H键的羟基化，环氧化，卤化，分子内或分子间的C-S, C-N, C-O偶联反应等，因此在生物代谢和生物合成中扮演重要的角色。在血红素P450酶中，氧气活化可以生成高价铁氧物种（Cpd I），其保持刚性的八面体配位结构。与P450酶不同，非血红素铁酶的活性位点通常拥有灵活多变的配位结构，这可以赋予其丰富的反应性。铁中心的配位变化可以成为调控活性以及选择性的关键因素。

近日厦门大学王斌举教授课题组发表了题为Coordination Dynamics of Iron is a Key Player in the Catalysis of Non-heme Enzymes的Concept文章，重点讨论了铁辅因子的配位结构变化在非血红素铁酶催化中的关键作用：

（1）在非血红素酶EgtB催化N,N,N-三甲基组氨酸(TMH)和谷氨酰半胱氨酸(γGC)合成麦角硫因(图1a)，其中铁中心与三个组氨酸配位，底物TMH和γGC通过硫离子和咪唑的氮与铁配位。QM/MM计算表明超氧物种进攻硫，然后发生O-O键断裂 (1→2)生成Fe(III)=O物种以及底物硫氧自由基(1→2)。随后Fe(III)=O在Y94和Y93的协助下夺取底物TMH的N-H上的质子，生成Fe(III)-OH物种以及TMH阴离子中间体（2→3）。之后直接的C-S成键能垒很高，而最有利的路径是底物γGC上S/O配位的交换（3→4），其驱动力是带正电的硫和带负电的TMH咪唑形成强的S/π非键相互作用。最后的C-S成键伴随底物TMH的氢转移到Fe(III)-OH很有利（4→5）。关键的配位交换显著降低了C-S成键的能垒，合理解释了实验观察到的区域选择性以及立体选择性。

（2）在依赖2-酮戊二酸（2OG）的非血红素铁酶中存在两种2OG结合模式，经历氧气活化可能生成“off-line”或“in-line”的Fe(IV)=O活性物种(图1b)。由于“off-line”的Fe(IV)=O相对于底物较远，在催化过程中Fe(IV)=O的构象变化可能是必要的。许多计算研究表明，Fe(IV)=O的构象翻转是非常容易的。Fe(IV)=O活性物种的结构对催化的选择性及活性有显著影响，例如在卤化酶SyrB2曾被提出是由“off-line”的Fe(IV)=O介导氢原子攫取以保证后续的卤化选择性，也有部分研究认为选择性源于Fe(III)-OH中间体的构象变化。

（3）在依赖2OG的非血红素铁酶家族中，底物与五配位铁中心的配位可能通过稳定过渡态和抑制羟基化副反应来促进C-O或C-N偶联反应。例如H6H通过两个连续的氧化反应莨菪碱C6处羟基化，然后催化羟基化产物进一步环化，在第二步催化过程中，动力学实验表明底物羟基可以直接与Fe(IV)=O物种配位，这可能使Fe(IV)=O能够被引导从C7位点提取H原子，从而提供C7自由基中间体(图1c)。与其类似，在催化L-缬氨酸生成氮丙啶的非血红素铁酶TqaL中，OH反弹的副反应是如何被抑制的仍然未知，“off-line”的Fe(IV)=O可能使得底物N与Fe中心配位(图1d)，随后的C-N偶联的过渡状态将被稳定，而羟基化副反应可以有效被抑制。