NMR studies of active-site properties of human carbonic anhydrase II by using (15) N-labeled 4-methylimidazole as a local probe and histidine hydrogen-bond correlations.
NMR studies of active-site properties of human carbonic anhydrase II by using (15) N-labeled 4-methylimidazole as a local probe and histidine hydrogen-bond correlations.
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使用 (15) N 标记的 4-甲基咪唑作为局部探针和组氨酸氢键相关性对人碳酸酐酶 II 活性位点特性进行 NMR 研究
DOI：
10.1002/chem.201404083
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发表时间：
2015
期刊：
影响因子：
--
通讯作者：
H. H. Limbach
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
I. G. Shenderovich;S. B. Lesnichin;Ch. Tu;D. N. Silverman;P. M. Tolstoy;G. S. Denisov;H. H. Limbach
通过使用液体和固体NMR光谱的组合，15 N-标记的4-甲基咪唑（4-MI）作为环境的局部探针已经被研究：1）在极性，湿氟利昂CDF 3/CDF 2Cl中，低至130 K，2）在pH 12的水中，3）在人碳酸酐酶II（HCA II）突变体H64 A的固体样品中。 在后者中，活性位点His 64残基被丙氨酸取代;然而，催化活性被4-MI的存在拯救。对于氟里昂溶液，证明了水分子的加入不仅催化了质子互变异构，而且提高了它的准边生成性。讨论了可能形成的氢键簇和互变异构的机理。通过建立蛋白质中组氨酸的咪唑环的1H和15 N化学位移之间的相关性，获得了关于咪唑氢键几何形状的信息。这种相关性有助于区分嵌入蛋白质内部的组氨酸和嵌入水中的表面组氨酸。此外，获得的证据表明HCA II的活性位点中的His 64和H64 A HCA II中的4-MI的氢键几何形状相似。 最后，由Shimahara等人报道的中性咪唑环His 64的快速互变异构的简并性。 (J. 2007，282，9646）可以用向内构象中的湿的、极性的、非水活性位点构象来解释，类似于4-MI在氟利昂溶液中的性质。讨论了酶机制的生物学意义。
By using a combination of liquid and solid‐state NMR spectroscopy,15N‐labeled 4‐methylimidazole (4‐MI) as a local probe of the environment has been studied: 1) in the polar, wet Freon CDF3/CDF2Cl down to 130 K, 2) in water at pH 12, and 3) in solid samples of the mutant H64A of human carbonic anhydrase II (HCA II). In the latter, the active‐site His64 residue is replaced by alanine; the catalytic activity is, however, rescued by the presence of 4‐MI. For the Freon solution, it is demonstrated that addition of water molecules not only catalyzes proton tautomerism but also lifts its quasidegeneracy. The possible hydrogen‐bond clusters formed and the mechanism of the tautomerism are discussed. Information about the imidazole hydrogen‐bond geometries is obtained by establishing a correlation between published1H and15N chemical shifts of the imidazole rings of histidines in proteins. This correlation is useful to distinguish histidines embedded in the interior of proteins and those at the surface, embedded in water. Moreover, evidence is obtained that the hydrogen‐bond geometries of His64 in the active site of HCA II and of 4‐MI in H64A HCA II are similar. Finally, the degeneracy of the rapid tautomerism of the neutral imidazole ring His64 reported by Shimahara et al. (J. Biol. Chem.2007,282, 9646) can be explained with a wet, polar, nonaqueous active‐site conformation in the inward conformation, similar to the properties of 4‐MI in the Freon solution. The biological implications for the enzyme mechanism are discussed.
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Shasad Sharif;E. Fogle;M. Toney;G. Denisov;I. Shenderovich;G. Buntkowsky;P. Tolstoy;Monique Chan Huot;H. Limbach
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