Structural and kinetic characterization of the Arabidopsis DHQ-SDH: The SDH catalytic mechanism and insights into the modes of substrate channeling and metabolism in the shikimate pathway
Notice bibliographique
Résumé
The shikimate pathway (SP) is comprised of seven enzymatic steps and is involved in the biosynthesis of the aromatic amino acids, folates, vitamins, quinones and a variety of other aromatic compounds in bacteria, plants, fungi and apicomplexa parasites. Some of the aromatic compounds are essential for the survival of these organisms; as a result, the shikimate pathway has been an attractive target for the design of antimicrobial and herbicidal agents. The Arabidopsis shikimate pathway enzyme, dehydroquinase-shikimate dehydrogenase (DHQ-SDH) catalyzes the dehydration of dehydroquinate to dehydroshikimate followed by the reduction of dehydroshikimate to shikimate (steps three and four of the SP, respectively). The bifunctional enzyme has been identified in plants and some microbes; however, the majority of microbes encode the monofunctional enzymes. This study is the first to report a crystal structure of a plant shikimate pathway enzyme, DHQ-SDH, in three substrate/ligand bound states: (1) Complex I - DHQ-tartrate-SDH-shikimate, (2) Complex II - DHQ-dehydroshikimate-SDH-shikimate, and (3) Complex III - DHQ-dehydroshikimate/tartrate-SDH-shikimate-NADP(H). The DHQdehydroshikimate-SDH-shikimate complexes reveal a possible mode for substrate transfer between the DHQ and SDH active sites. These findings have provided insight into the mechanism of substrate partitioning at this point in the SP. Moreover, a site-directed mutagenesis approach was taken to investigate the roles of the residues that interact with shikimate at the SDH binding site. Saturation kinetics profiles of these mutants revealed that the conserved Lys 385 and Asp 423 are important for the NADP-dependent oxidation of shikimate, whereas a number of residues are important for the binding and orienting of the substrate for efficient catalysis. This study into the SDH catalytic mechanism has also revealed a possible mode for substrate recognition for the different SDH homologs. Results have indicated that specific sequence motifs found within the SDH substrate binding site may confer substrate specificity in the SDH enzyme family.
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Scores Codex et Gemma par catégorie
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,001 |
| Études des sciences et des technologies | 0,001 | 0,001 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
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