シアナーゼの構造は、酵素活性部位の形成には、サブユニットの新規の二量体およびデカメリック配置が必要であることを明らかにしています

背景：シナーゼは、シアン酸塩と重炭酸塩の反応を触媒して、アンモニアと二酸化炭素を産生する細菌や植物に見られる酵素です。大腸菌では、シアナーゼは、細胞外シアン酸に反応してCYNオペロンから誘導されます。酵素は、17 kDaサブユニットのホモデカマーとして機能的に活性であり、基質または基質類似体の半サイト結合を示しています。酵素は、他のタンパク質との有意なアミノ酸配列相同性を示しません。 結果：多波長異常な回折（MAD）法を使用した1.65 Aの解像度でシアナーゼの結晶構造を決定しました。シアナーゼ結晶は三リリンであり、非対称単位に1つのホモデカマーが含まれています。セレノメチオニン標識タンパク質は、フェーズに使用するために40のセレン原子を提供します。結合した塩化物またはシュウ酸アニオン、酵素の阻害剤を含むシナーゼの構造により、活性部位の識別が可能になりました。 結論：シナーゼモノマーは2つのドメインで構成されています。N末端ドメインは、DNA結合アルファヘリックスバンドルモチーフと構造的な類似性を示しています。C末端ドメインには、他のタンパク質との構造的相同性がない「開いた折り目」があります。シナーゼのサブユニットは、二量体とデカマーレベルの両方で新しい方法で配置されます。二量体構造は、C末端ドメインが絡み合っていることを明らかにし、デカマーはこれらの二量体の五量体によって形成されます。酵素の活性部位は二量体の間にあり、ホモデカマーの4つの隣接するサブユニットからの残基で構成されています。構造データにより、考えられる反応メカニズムを提案できます。

BACKGROUND: Cyanase is an enzyme found in bacteria and plants that catalyzes the reaction of cyanate with bicarbonate to produce ammonia and carbon dioxide. In Escherichia coli, cyanase is induced from the cyn operon in response to extracellular cyanate. The enzyme is functionally active as a homodecamer of 17 kDa subunits, and displays half-site binding of substrates or substrate analogs. The enzyme shows no significant amino acid sequence homology with other proteins. RESULTS: We have determined the crystal structure of cyanase at 1.65 A resolution using the multiwavelength anomalous diffraction (MAD) method. Cyanase crystals are triclinic and contain one homodecamer in the asymmetric unit. Selenomethionine-labeled protein offers 40 selenium atoms for use in phasing. Structures of cyanase with bound chloride or oxalate anions, inhibitors of the enzyme, allowed identification of the active site. CONCLUSIONS: The cyanase monomer is composed of two domains. The N-terminal domain shows structural similarity to the DNA-binding alpha-helix bundle motif. The C-terminal domain has an 'open fold' with no structural homology to other proteins. The subunits of cyanase are arranged in a novel manner both at the dimer and decamer level. The dimer structure reveals the C-terminal domains to be intertwined, and the decamer is formed by a pentamer of these dimers. The active site of the enzyme is located between dimers and is comprised of residues from four adjacent subunits of the homodecamer. The structural data allow a conceivable reaction mechanism to be proposed.