Evolution of an enzyme from a solute-binding protein
Notice bibliographique
Résumé
Abstract Much of the functional diversity observed in modern enzyme superfamilies originates from molecular tinkering with existing enzymes 1 . New enzymes frequently evolve from enzymes with latent, promiscuous activities 2 , and often inherit key features of the ancestral enzyme, retaining conserved catalytic groups and stabilizing analogous intermediates or transition states 3 . While experimental evolutionary biochemistry has yielded considerable insight into the evolution of new enzymes from existing enzymes 4 , the emergence of catalytic activity de novo remains poorly understood. Although certain enzymes are thought to have evolved from non-catalytic proteins 5–7 , the mechanisms underlying these complete evolutionary transitions have not been described. Here we show how the enzyme cyclohexadienyl dehydratase (CDT) evolved from a cationic amino acid-binding protein belonging to the solute-binding protein (SBP) superfamily. Analysis of the evolutionary trajectory between reconstructed ancestors and extant proteins showed that the emergence and optimization of catalytic activity involved several distinct processes. The emergence of CDT activity was potentiated by the incorporation of a desolvated general acid into the ancestral binding site, which provided an intrinsically reactive catalytic motif, and reshaping of the ancestral binding site, which facilitated enzyme-substrate complementarity. Catalytic activity was subsequently gained via the introduction of hydrogen-bonding networks that positioned the catalytic residue precisely and contributed to transition state stabilization. Finally, catalytic activity was enhanced by remote substitutions that refined the active site structure and reduced sampling of non-catalytic states. Our work shows that the evolutionary processes that underlie the emergence of enzymes by natural selection in the wild are mirrored by recent examples of computational design and directed evolution of enzymes in the laboratory.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
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Scores Codex et Gemma par catégorie
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,000 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
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score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule tête enseignante, pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».