グルタリルミダーゼの修飾の構造ベースの予測は、セファロスポリンCからの7-アミノオセファロスポラニン酸の単一段階の酵素産生を可能にすることを可能にします

グルタリルミダーゼは、セファロスポリン抗生物質の合成における開始化合物である7-アミノオセファロスポラニン酸の市販の生産に使用される重要な酵素です。7-アミノオセファロスポラニン酸は、酵素D-アミノ酸オキシダーゼおよびグルタリアミダーゼを利用した2段階の酵素プロセスで、化学的または2段階の酵素プロセスによって、天然抗生物質であるセファロスポリンCから得られます。単一の酵素ステップで、セファロスポリンCからの7-アミノオセファロスポラニン酸の産生のためにグルタリルミダーゼを再設計する可能性を調査しました。これらの研究は、リン酸塩とエチレングリコールを2.5 A分解能に、グリセロールを2.4 Aに結合したグルタリルミダーゼの構造に基づいています。、グリセロールは側鎖結合ポケットを占有します。私たちの構造は、酵素がペニシリンGアシラーゼに構造的に類似しているだけでなく、触媒セリンのα-アミノ基が塩基として作用するという本質的に同じメカニズムを採用していることを示しています。微妙な違いは、ペニシリンGアシラーゼには見られない2つの触媒ダイアド、彼のB23/GLU B455と彼のB23/SER B1の存在です。古典的なセリンプロテアーゼとは対照的に、これらのダイアドの中心ヒスチジンは、セリンのアルファアミノ基と結合水分子を含む水素結合リレーネットワークを介してO（ガンマ）と間接的に相互作用します。酵素 - 堆積複合体のもっともらしいモデルが提案されています。これは、酵素がセファロスポリンCを7-アミノオセファロスポラニン酸に脱酸化できるようにするグルタリルミダーゼの変異体の予測につながります。

Glutarylamidase is an important enzyme employed in the commercial production of 7-aminocephalosporanic acid, a starting compound in the synthesis of cephalosporin antibiotics. 7-aminocephalosporanic acid is obtained from cephalosporin C, a natural antibiotic, either chemically or by a two-step enzymatic process utilizing the enzymes D-amino acid oxidase and glutarylamidase. We have investigated possibilities for redesigning glutarylamidase for the production of 7-aminocephalosporanic acid from cephalosporin C in a single enzymatic step. These studies are based on the structures of glutarylamidase, which we have solved with bound phosphate and ethylene glycol to 2.5 A resolution and with bound glycerol to 2.4 A. The phosphate binds near the catalytic serine in a way that mimics the hemiacetal that develops during catalysis, while the glycerol occupies the side-chain binding pocket. Our structures show that the enzyme is not only structurally similar to penicillin G acylase but also employs essentially the same mechanism in which the alpha-amino group of the catalytic serine acts as a base. A subtle difference is the presence of two catalytic dyads, His B23/Glu B455 and His B23/Ser B1, that are not seen in penicillin G acylase. In contrast to classical serine proteases, the central histidine of these dyads interacts indirectly with the O(gamma) through a hydrogen bond relay network involving the alpha-amino group of the serine and a bound water molecule. A plausible model of the enzyme-substrate complex is proposed that leads to the prediction of mutants of glutarylamidase that should enable the enzyme to deacylate cephalosporin C into 7-aminocephalosporanic acid.