Selective incorporation of 5‐hydroxytryptophan blocks long range electron transfer in oxalate decarboxylase
Selective incorporation of 5‐hydroxytryptophan blocks long range electron transfer in oxalate decarboxylase
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选择性掺入 5-羟色氨酸可阻断草酸脱羧酶中的长程电子转移
DOI：
10.1002/pro.4537
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发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
8
通讯作者：
Angerhofer, Alexander
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Pastore, Anthony John;Montoya, Alvaro;Kamat, Manasi;Basso, Kari B.;Italia, James S.;Chatterjee, Abhishek;Drosou, Maria;Pantazis, Dimitrios A.;Angerhofer, Alexander
来自枯草芽孢杆菌的草酸脱羧酶是一种双核Mn依赖性酸应激反应酶，其在氧化还原中性单分子歧化反应中将草酸的单阴离子转化为甲酸盐和二氧化碳。在两个单体亚基之间的界面处的π堆叠色氨酸二聚体W 96和W274促进两个Mn离子之间的远程电子转移，并且在催化机制中起重要作用。用非天然氨基酸5-羟基色氨酸取代W 96导致持续的EPR信号，其可以追溯到5-羟基色氨酸的中性自由基，其羟基质子被去除。5-羟基色氨酸作为空穴吸收器，防止在N-末端活性位点形成Mn（III），并强烈抑制酶活性。因此，活性位点Mn（II）/Mn（III）对的标准还原电位的下限可以在pH 4（最大催化效率的pH）下相对于正常氢电极估计为740 mV。我们的研究结果支持草酸脱羧酶中远程电子转移的催化重要性，同时突出了非天然氨基酸掺入的实用性，特别是使用5-羟基色氨酸作为空穴跳跃的能量汇，以探测氧化还原蛋白中的电子转移。
Oxalate decarboxylase fromBacillus subtilisis a binuclear Mn‐dependent acid stress response enzyme that converts the mono‐anion of oxalic acid into formate and carbon dioxide in a redox neutral unimolecular disproportionation reaction. A π‐stacked tryptophan dimer, W96 and W274, at the interface between two monomer subunits facilitates long‐range electron transfer between the two Mn ions and plays an important role in the catalytic mechanism. Substitution of W96 with the unnatural amino acid 5‐hydroxytryptophan leads to a persistent EPR signal which can be traced back to the neutral radical of 5‐hydroxytryptophan with its hydroxyl proton removed. 5‐Hydroxytryptophan acts as a hole sink preventing the formation of Mn(III) at the N‐terminal active site and strongly suppresses enzymatic activity. The lower boundary of the standard reduction potential for the active site Mn(II)/Mn(III) couple can therefore be estimated as 740 mV against the normal hydrogen electrode at pH 4, the pH of maximum catalytic efficiency. Our results support the catalytic importance of long‐range electron transfer in oxalate decarboxylase while at the same time highlighting the utility of unnatural amino acid incorporation and specifically the use of 5‐hydroxytryptophan as an energetic sink for hole hopping to probe electron transfer in redox proteins.
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U. Twahir;A. Ozarowski;A. Angerhofer
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