ウシトリプシンとキモトリプシンのS1ポケットにおける4つの非同化アミノ酸残基の収容の構造的結果

2つのセリンプロテイナーゼ、ウシトリプシンとキモトリプシンを2つのセリンプロテイナーゼと複合体におけるP1 Gly、Val、Leu、Leu、Pheの乳酸トリプシン阻害剤（BPTI）バリアントの結晶構造が決定されました。2つの酵素を伴う4つの変異体の関連定数は、P1残基の体積の拡大に結合エネルギーの増加が伴うことを示しています。2つのS1ポケットにおけるP1側鎖の立体構造は非常に似ているため、酵素間のデルタグ値の違いは、トリプシンのS1部位のより極性環境から生じなければならないことを示唆しています。これは、主に、トリプシンに存在するGLN192およびASP189を含むキモトリプシンで観察されたMET192およびSer189の置換に起因します。トリプシンのS1部位のより極性の内部は、P1 Gly BPTIバリアントを含む2つの酵素の複合体で観察されるように、酵素の空のポケットにある溶媒ネットワークのはるかに高次に反映されます。キモトリプシンによる大きな疎水性P1残基のより最適な結合は、この酵素の同族残基の収容時のS1ポケットの収縮によっても反映されます。逆に、トリプシンのS1ポケットは、そのような側鎖の結合時に膨張し、おそらく壁の極性残基との相互作用を避けるためです。2つの酵素間のさらなる分化は、S1部位の形状の小さな違いによって達成され、BPTIのガンマ分岐P1 LEUバリアントで観察されるように、いくつかの側鎖の不平等な立体障害をもたらします。トリプシンよりもウシキモトリプシンが好む。トリプシンとキモトリプシンによるベータ分岐残基の識別の分析は、P1 VAL BPTIバリアントとの複合体に基づいています。両方の酵素のS1ポケットの壁によるP1 VAL残基の立体反発により、P1 VAL側鎖が最も最適なCHI1値を採用することを防ぎます。

Crystal structures of P1 Gly, Val, Leu and Phe bovine pancreatic trypsin inhibitor (BPTI) variants in complex with two serine proteinases, bovine trypsin and chymotrypsin, have been determined. The association constants for the four mutants with the two enzymes show that the enlargement of the volume of the P1 residue is accompanied by an increase of the binding energy, which is more pronounced for bovine chymotrypsin. Since the conformation of the P1 side-chains in the two S1 pockets is very similar, we suggest that the difference in DeltaG values between the enzymes must arise from the more polar environment of the S1 site of trypsin. This results mainly from the substitutions of Met192 and Ser189 observed in chymotrypsin with Gln192 and Asp189 present in trypsin. The more polar interior of the S1 site of trypsin is reflected by a much higher order of the solvent network in the empty pocket of the enzyme, as is observed in the complexes of the two enzymes with the P1 Gly BPTI variant. The more optimal binding of the large hydrophobic P1 residues by chymotrypsin is also reflected by shrinkage of the S1 pocket upon the accommodation of the cognate residues of this enzyme. Conversely, the S1 pocket of trypsin expands upon binding of such side-chains, possibly to avoid interaction with the polar residues of the walls. Further differentiation between the two enzymes is achieved by small differences in the shape of the S1 sites, resulting in an unequal steric hindrance of some of the side-chains, as observed for the gamma-branched P1 Leu variant of BPTI, which is much more favored by bovine chymotrypsin than trypsin. Analysis of the discrimination of beta-branched residues by trypsin and chymotrypsin is based on the complexes with the P1 Val BPTI variant. Steric repulsion of the P1 Val residue by the walls of the S1 pocket of both enzymes prevents the P1 Val side-chain from adopting the most optimal chi1 value.