Xanthine oxidase-assisted catalysis by dopamine β-hydroxylase: Mechanistic considerations on the role of superoxide anion

Dopamine β-monooxygenase catalyzes the transformation of dopamine into norepinephrine by inserting an O-atom on a benzylic C–H bond. The activation of O2 occurs at a copper-containing active site in the presence of a reducer (ascorbate) that enables that copper ions be reduced to Cu(I) and reoxidized during catalysis. In the present paper, we establish that the xanthine/xanthine oxidase coupled system is a cofactor for this enzyme, and that hydroxylation of substrate tyramine is time-dependent. Using superoxide dismutase, we unambiguously prove that the species responsible for the hydroxylase activity is superoxide anion. The optimum pH for this activity is 6.8, a value about one pH unit higher than the physiological pH for the enzyme. Moreover, we propose a mechanism that takes into account all of our results, and describes putative interactions between the copper ions of the active site and superoxide anion.

RésuméLa dopamine β-monooxygénase catalyse la transformation de la dopamine en norépinéphrine par insertion d'un atome d'oxygène dans une liaison C–H benzylique. L'activation de O2 s'effectue au centre actif métallique constitué de deux atomes de cuivre, en présence d'un réducteur (ascorbate), qui permet de restaurer la forme réduite de l'enzyme. Au cours de cette étude, nous montrons que le système xanthine/xanthine oxydase est un cofacteur pour la DβM, et que l'hydroxylation du substrat tyramine est dépendante du temps. En utilisant la superoxyde dismutase, nous montrons clairement que l'espèce responsable de l'activité hydroxylase est l'anion superoxyde. Pour cette activité, l'optimum de pH est de 6,8, une valeur d'environ une unité de pH plus haute que le pH physiologique de la DβM. Enfin, nous proposons un mécanisme qui tient compte de tous nos résultats, et nous décrivons des modes d'interactions possibles entre les ions de cuivre du site actif de la DβM et l'anion de superoxyde.