The proton-transfer mechanism of the catalytic reactions of pyridoxal enzymes

吡哆醛酶催化反应的质子转移机制

基本信息

  • 批准号:
    11680641
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 2.37万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    日本
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
  • 财政年份:
    1999
  • 资助国家:
    日本
  • 起止时间:
    1999 至 2000
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

The proton-transfer processes have been studied in detail for three kinds of pyridoxal 5'-phosphate (PLP)-dependent enzymes, aromatic L-amine acid decarboxylase (AADC), aspartate aminotransferase (AAT), and aromatic amino acid aminotransferase (ART). The substrate amino acid with deprotonated a-amine group is preferentially bound to AADC, but the substrate with protonated a-amino group can also be bound to a lesser extent. In the Michaelis complex, the proton on the substrate a-amine group is dissociated because of the electrostatic repulsion with the protonated PLP Schiff base of AADC.In AAT and ART, it was found that *re is a conformational strain in the protonated PLP Schiff base, which is released successively during the course of catalysis. This mechanism is important for regulating the proton-transfer events in the catalytic process. In both AAT and ART electrostatic interactions play minor roles than the Schiff base strain in regulating the pK_a of the active site catalytic group. Altogether, in AADC, the strain between the substrate and the enzyme is considered to increase the k_<cat> value, whereas in AAT and ART, the strain inherent to the enzyme protein but is released in the intermediate including the transition state, increases the k_<cat>/K_m value. This mechanism is most clearly understood in the 3-dimensional energy profiles, which include the "proton number" axis as one of the coordinates. These profiles clearly explain the driving force of proton transfer, showing that the notion of pK_a has a secondary significance in the energetics of catalysis.
本文详细研究了5 ′-磷酸吡哆醛(PLP)依赖的芳香族L-氨基酸脱羧酶(AADC)、天冬氨酸氨基转移酶(AAT)和芳香族氨基酸氨基转移酶(ART)的质子转移过程。具有去质子化的α-氨基的底物氨基酸优先与AADC结合,但具有质子化的α-氨基的底物也可以在较小程度上结合。在米氏络合物中,底物α-氨基上的质子由于与AADC的质子化PLP Schiff碱的静电排斥而解离,在AAT和ART中,发现 *re是质子化PLP Schiff碱中的构象应变,在催化过程中连续释放。这一机制对于调节催化过程中的质子转移事件具有重要意义。在AAT和ART中,静电相互作用对活性中心催化基团pK_a的调节作用比Schiff碱小。总之,在AADC中,底物和酶之间的应变被认为增加了k_<cat>值,而在AAT和ART中,酶蛋白固有的应变但在包括过渡态的中间体中释放,增加了k_<cat>/K_m值。这一机制在三维能量分布图中得到了最清楚的理解,其中包括作为坐标之一的“质子数”轴。这些曲线清楚地解释了质子转移的驱动力,表明pK_a的概念在催化的能量学中具有次要意义。

项目成果

期刊论文数量(9)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
林秀行: "酵素触媒の原理(バイオサイエンスの新世紀 第3巻 「タンパク質の分子設計」後藤祐児・谷澤克行編),pp.50-64."共立出版. 201 (2001)
Hideyuki Hayashi:“酶催化原理(新世纪生物科学第 3 卷“蛋白质的分子设计”,由 Yuji Goto 和 Katsuyuki Tanizawa 编辑),第 50-64 页 Kyoritsu Shuppan。”
  • DOI:
  • 发表时间:
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
  • 通讯作者:
林秀行: "酵素反応の本質へ-エネルギー準位の多次元的理解"蛋白質核酸酵素. 46(1). 36-44 (2001)
Hideyuki Hayashi:“走向酶促反应的本质 - 对能量水平的多维理解”蛋白质核酸酶 46(1) 36-44 (2001)。
  • DOI:
  • 发表时间:
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
  • 通讯作者:
左右田,中村,高木,林: "タンパク質-科学と工学"講談社サイエンティフィク. 212 (1999)
Souda、Nakamura、Takagi、Hayashi:“蛋白质 - 科学与工程”讲谈社科学 212 (1999)。
  • DOI:
  • 发表时间:
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
  • 通讯作者:
Ikushiro, A.Hayashi, H.Kagamiyama, H.: "A water-soluble homodimeric serine palmitoyltransferase from Sphingomonas paucimobilis EY2395T strain : purification, characterization, cloning, and overproduction"J.Biol.Chem.. 276, (in press). (2001)
Ikushiro, A.Hayashi, H.Kagamiyama, H.:“来自少动鞘氨醇单胞菌 EY2395T 菌株的水溶性同二聚丝氨酸棕榈酰转移酶:纯化、表征、克隆和过量生产”J.Biol.Chem.. 276,(出版中)。
  • DOI:
  • 发表时间:
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
  • 通讯作者:
Mizuguchi,H.: "Strain is more important than electrostatic interaction in controlling the pK_a of the catalytic group in aspartate aminotransferase."Biochemistry. 40. 353-360 (2001)
Mizuguchi, H.:“在控制天冬氨酸转氨酶催化基团的 pK_a 方面,应变比静电相互作用更重要。”生物化学。
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  • 通讯作者:
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  • 批准号:
    06680628
  • 财政年份:
    1994
  • 资助金额:
    $ 2.37万
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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