Hiểu biết cấu trúc về cơ chế xúc tác của exo-chitinase thuộc họ 18

Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America - Tập 98 Số 16 - Trang 8979-8984 - 2001
Daan M. F. van Aalten1, David Komander1, Bjørnar Synstad1, Sigrid Gåseidnes1, Martin G. Peter1, Vincent G. H. Eijsink1
1Wellcome Trust Biocentre, Department of Biochemistry, University of Dundee, Dundee DD1 5EH, Scotland; Department of Chemistry and Biotechnology, Agricultural University of Norway, Ås N-1432, Norway; and Institute for Organic Chemistry and Structure Analysis, University of Potsdam, D-14476 Golm, Germany

Tóm tắt

Chitinase B (ChiB) từ Serratia marcescens là một enzyme exo-chitinase thuộc họ 18 với miền xúc tác có cấu trúc gấp nếp TIM-barrel và vị trí hoạt động dạng hình ống. Chúng tôi đã giải được cấu trúc của ba phức hợp ChiB mà tiết lộ chi tiết khả năng liên kết chất nền, xúc tác hỗ trợ bởi chất nền, và sự giải phóng sản phẩm. Cấu trúc của một đột biến không hoạt động của ChiB (E144Q) kết hợp với chất nền pentamer (liên kết tại các vị trí từ −2 đến +3) cho thấy sự đóng lại của "mái" của ống hoạt động. Nó cũng cho thấy rằng đường ở vị trí −1 bị biến dạng trong dạng thuyền, cung cấp bằng chứng cấu trúc ủng hộ cơ chế xúc tác đã được đề xuất trước đây. Cấu trúc của enzyme hoạt động kết hợp với allosamidin (một dẫn xuất của một trung gian phản ứng được đề xuất) và enzyme hoạt động ngâm trong chất nền pentamer cho thấy các sự kiện sau khi cắt liên kết glycosidic. Cấu trúc sau này cho thấy sự mở lại của mái vị trí hoạt động và sự giải phóng sản phẩm do enzyme hỗ trợ tại các vị trí +1 và +2, cho phép một phân tử nước tiếp cận tâm phản ứng. Quá trình xúc tác đi kèm với các thay đổi cấu trúc liên quan trong lõi của thùng TIM bao gồm các gốc bảo tổn polar mà chức năng trước đây chưa được biết. Những thay đổi này đồng thời đóng góp vào sự ổn định của trung gian phản ứng và sự biến đổi pKa của acid xúc tác trong chu trình xúc tác.

Từ khóa

#Chitinase B #Serratia marcescens #exo-chitinase #catalytic mechanism #TIM-barrel #substrate binding #enzymology #structural biology

Tài liệu tham khảo

S Sakuda, A Isogai, S Matsumoto, A Suzuki J Antibiot 40, 296–300 (1987).

E Sandor, T Pusztahelyi, L Karaffa, Z Karanyi, I Pocsi, S Biro, A Szentirmai, I Pocsi FEMS Microbiol Lett 164, 231–236 (1998).

T Hollis, A F Mozingo, K Bortone, S Ernst, R Cox, J D Robertus Protein Sci 9, 544–551 (2000).

J M Vinetz, S K Dave, C A Specht, K A Brameld, B Xu, R Hayward, D A Fidock Proc Natl Acad Sci USA 96, 14061–14066 (1999).

J M Vinetz, J G Valenzuela, C A Specht, L Aravind, R C Langer, J M C Ribeiro, D C Kaslow J Biol Chem 275, 10331–10341 (2000).

B Henrissat, G Davies Curr Opin Struct Biol 7, 637–644 (1997).

S Armand, H Tomita, A Heyraud, C Gey, T Watanabe, B Henrissat FEBS Lett 343, 177–180 (1994).

A C Terwisscha van Scheltinga, S Armand, K H Kalk, A Isogai, B Henrissat, B W Dijkstra Biochemistry 34, 15619–15623 (1995).

I Tews, A C Terwisscha van Scheltinga, A Perrakis, K S Wilson, B W Dijkstra J Am Chem Soc 119, 7954–7959 (1997).

Y Honda, S Tanimori, M Kirihata, S Kaneko, K Tokuyasu, M Hashimoto, T Watanabe, T Fukamizo FEBS Lett 476, 194–197 (2000).

G J Davies, L Mackenzie, A Varrot, M Dauter, A M Brzozowski, M Schulein, S G Withers Biochemistry 37, 11707–11713 (1998).

J C M Uitdehaag, R Mosi, K H Kalk, B A van der Veen, L Dijkhuizen, S G Withers, B W Dijkstra Nat Struct Biol 6, 432–436 (1999).

S Knapp, D Vocadlo, Z Gao, B Kirk, J Lou, S G Withers J Am Chem Soc 118, 6804–6805 (1996).

S Kobayashi, T Kiyosada, S Shoda J Am Chem Soc 118, 13113–13114 (1996).

K A Brameld, W A Goddard J Am Chem Soc 120, 3571–3580 (1998).

I Tews, A Perrakis, A Oppenheim, Z Dauter, K S Wilson, C E Vorgias Nat Struct Biol 3, 638–648 (1996).

T Watanabe, K Kobori, K Miyashita, T Fujii, H Sakai, M Uchida, H Tanaka J Biol Chem 268, 18567–18572 (1993).

T Watanabe, Y Ito, T Yamada, M Hashimoto, S Sekine, H Tanaka J Bacteriol 176, 4465–4472 (1994).

H Tsujibo, H Orikoshi, C Imada, Y Okami, K Miyamoto, Y Inamori Biosci Biotechnol Biochem 57, 1396–1397 (1993).

A C Terwisscha van Scheltinga, K H Kalk, J J Beintema, B W Dijkstra Structure (London) 2, 1181–1189 (1994).

D M F van Aalten, B Synstad, M B Brurberg, E Hough, B W Riise, V G H Eijsink, R K Wierenga Proc Natl Acad Sci USA 97, 5842–5847 (2000).

M B Brurberg, I F Nes, V G H Eijsink Microbiology 142, 1581–1589 (1996).

A T Brunger, P D Adams, G M Clore, P Gros, R W Grosse-Kunstleve, J-S Jiang, J Kuszewski, M Nilges, N S Pannu, R J Read, et al. Acta Crystallogr D 54, 905–921 (1998).

T A Jones, J Y Zou, S W Cowan, M Kjeldgaard Acta Crystallogr A 47, 110–119 (1991).

R M Esnouf J Mol Graphics 15, 132–134 (1997).

E A Merritt, M E P Murphy Acta Crystallogr D 50, 869–873 (1994).

G Schulzenbacher, H Driguez, B Henrissat, M Schuelein, G J Davies Biochemistry 35, 15280–15287 (1996).

J Sakon, D Irwin, D B Wilson, P A Karplus Nat Struct Biol 4, 810–818 (1997).

J Zou, G J Kleijwegt, J Stahlberg, H Driguez, W Nerinckx, M Claeyssens, A Koivola, T T Teeri, T A Jones Structure (London) 7, 1035–1045 (1999).

A Varrot, M Schuelein, G J Davies J Mol Biol 297, 819–828 (2000).

S Sakuda, A Isogai, S Matsumoto, A Suzuki, K Koseki Tetrahedron Lett 27, 2475–2478 (1986).

E Bokma, T Barends, A C Terwisscha van Scheltinga, B W Dijkstra, J J Beintema FEBS Lett 478, 119–122 (2000).

M Spindler-Barth, R Blattner, C E Vorgias, K D Spindler Pest Sci 52, 47–52 (1998).

A Berecibar, C Grandjean, A Siriwardena Chem Rev 99, 779–844 (1999).

A M Shakarian, D M Dwyer Gene 208, 315–322 (1998).

A Perrakis, I Tews, Z Dauter, A B Oppenheim, I Chet, K S Wilson, C E Vorgias Structure (London) 2, 1169–1180 (1994).

A Nicholls, K Sharp, B Honig Proteins 11, 281–296 (1991).

Thông tin
Thông tin xuất bản

Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America

Tập 98 Số 16

8979-8984

Thông tin tác giả