コレステロールオキシダーゼの原子分解能結晶構造：酸化還元活性における酵素メカニズムとFAD補因子の役割について原子分解能結晶学が明らかにすること

コレステロールオキシダーゼの結晶構造である56kDaフラボ酵素は、0.95aの解像度に異方性精製されました。最終的な結晶学のRファクターとR（フリー）値は、それぞれ11.0％と13.2％です。電子密度マップの品質により、酵素の83残基の代替立体配座のモデリングが可能になり、その多くは活性部位にあります。観察された追加の構造的特徴は、以前の高解像度構造（1.5a解像度）では明らかではなく、FAD補綴群のイソアロキサジン部分に直接つながる狭いトンネルの識別を可能にしました。この狭いトンネルの疎水性性は、酸化的半分反応のためにイソアロキサジン基にアクセスすることが分子酸素の経路であることを示唆しています。活性部位残基の代替立体配座を解決することは、基質結合のダイナミクスと、疎水性トンネルへのアクセスを含む潜在的な酸化トリガーゲートメカニズムのモデルを提供します。この構造は、このフラビンオキシダーゼの酸化還元活性に重要な活性部位ヒスチジン残基H447のNE2原子が、水素受容体としてではなく水素結合ドナーとして作用することを明らかにしています。コレステロールオキシダーゼの原子分解能構造は、水素原子の存在、タンパク質の動的な側面、およびサイド鎖の立体構造が酸素トンネルなどの新しい構造的特徴とどのように相関するかを明らかにしました。この新しい構造情報は、酵素のメカニズムで特定の残基が果たす役割を再分析する機会を提供してくれました。

The crystal structure of cholesterol oxidase, a 56kDa flavoenzyme was anisotropically refined to 0.95A resolution. The final crystallographic R-factor and R(free) value is 11.0% and 13.2%, respectively. The quality of the electron density maps has enabled modeling of alternate conformations for 83 residues in the enzyme, many of which are located in the active site. The additional observed structural features were not apparent in the previous high-resolution structure (1.5A resolution) and have enabled the identification of a narrow tunnel leading directly to the isoalloxazine portion of the FAD prosthetic group. The hydrophobic nature of this narrow tunnel suggests it is the pathway for molecular oxygen to access the isoalloxazine group for the oxidative half reaction. Resolving the alternate conformations in the active site residues provides a model for the dynamics of substrate binding and a potential oxidation triggered gating mechanism involving access to the hydrophobic tunnel. This structure reveals that the NE2 atom of the active site histidine residue, H447, critical to the redox activity of this flavin oxidase, acts as a hydrogen bond donor rather than as hydrogen acceptor. The atomic resolution structure of cholesterol oxidase has revealed the presence of hydrogen atoms, dynamic aspects of the protein and how side-chain conformations are correlated with novel structural features such as the oxygen tunnel. This new structural information has provided us with the opportunity to re-analyze the roles played by specific residues in the mechanism of the enzyme.