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【PNAS】LarB羧化酶/水解酶在镍钳形核苷酸辅因子生物合成中的催化机制

<section style="white-space: normal; text-indent: 2em;">具有镍钳形核苷酸(NPN)辅因子的酶催化α-羟基酸底物的C2消旋或差向异构化反应NPN生物合成是以烟酸腺嘌呤二核苷酸(NaAD)为源头,经过LarBLarADLarE一系列酶促反应完成的,其中,LarB催化NaAD吡啶环C5羧化和磷酸酐水解的双重反应形成P2CMNAMP

图片来源:PNAS

 

近期,Michigan State UniversityRobert P. Hausinger组基于结构生物学,对LarB的催化机制做了详细的研究。该研究发现,LarB利用二氧化碳而不是重碳酸盐作为羧化底物,激活水对C5羧化NaADAMP相关磷酸盐进行水解攻击。

结构研究表明,LarB具有独特折叠的N端结构域和与氨基咪唑核糖核苷酸羧化酶/变位酶(PurE)同源的C端结构域。和PurE一样,LarB是八聚体,在亚基界面上有四个活性位点。


图片来源:PNAS

 

LarB与底物NaAD类似物NAD+的复合物揭示了NAD+的活性位点Cys221C4之间形成共价加合物,从而形成船形脱芳构化吡啶环。与NaAD形成此类中间体将提高C5的反应活性,以促进羧化。Glu180能够很好地提取C5质子,在Cys221被排出时恢复芳香性。

图片来源:PNAS

 

此外,LarB及其与NAD+和产物AMP的复合物的结构确定了对底物结合和催化可能重要的额外残基,并做了突变实验加以验证。

图片来源:PNAS

 

综上,基于结构导向突变研究的结果,研究人员提出了与PurE不同的LarB羧化和水解反应的催化机制。

图片来源:PNAS

 

参考文献:The LarB carboxylase/hydrolase forms a transient cysteinyl-pyridine intermediateduring nickel-pincer nucleotide cofactor biosynthesis

PNAS 2021 Vol. 118 No. 39 e2106202118

原文作者:JoelA. Rankin, Shramana Chatterjee, Zia Tariq, Satyanarayana Lagishetty, Benoît Desguin, Jian Hu, and Robert P. Hausinger

https://doi.org/10.1073/pnas.2106202118


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