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本酶催化的反应为(1) Theobromine + O2 + NAD(P)H + H+ = 7-Methylxanthine + NAD(P)+ + H2O + Formaldehyde;;(2) 3-Methylxanthine + O2 + NAD(P)H + H+ = Xanthine + NAD(P)+ + H2O + Formaldehyde，系统名称为Theobromine:oxygen Oxidoreductase (N3-Demethylating)，一种非血红素铁加氧酶。来自细菌恶臭假单胞菌 Pseudomonas putida 的该酶与 EC 1.14.13.178（甲基黄嘌呤N1-去甲基酶）共用一个NAD(P)H-FMN还原酶亚基，其对NADH的活性高于对NADPH [1]。它还能以较低效率使咖啡因和茶碱去甲基化。构成甲基黄嘌呤降解途径的一部分。
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