【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

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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的生物合成是以烟酸腺嘌呤二核苷酸（NaAD）为源头，经过LarB、LarAD、LarE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P2CMN和AMP。

图片来源：PNAS

 

近期，Michigan State University的Robert 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NaAD的AMP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。


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LarB与底物NaAD类似物NAD+的复合物揭示了NAD+的活性位点Cys221和C4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。

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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。

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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。

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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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