エクストラジオールカテコールジオキシゲナーゼ反応メカニズムにおける酸塩基触媒：His-115およびHis-179の部位指向変異誘発2,3-ジヒドロキシフェニルプロピオン酸1,2-ジオキシゲナーゼ（MHPB）

エクストラジオールカテコールジオキシゲナーゼは、非ヘム鉄（II）依存性のカテコールの依存性酸化切断を2-ヒドロキシムコンアルデヒド生成物に触媒します。エトロジオール切断に対する生体模倣モデル反応の以前の研究は、この反応に対する酸塩基触媒の重要性を強調しています。鉄（II）補因子の4-5 A内に配置されたクラスIIIエキストラジオールジオキシゲナーゼの活性部位で、2つの保存されたヒスチジン残基が同定されました。Escherichia coli 2,3-ジヒドロキシフェニルプロピオン酸1,2-ジオキシゲナーゼ（MHPB）のHis-115とHis-179は、グルタミン、アラニン、およびチロシンに置き換えられました。各変異体酵素は、これらの酸塩基残基の本質的な性質を示していることを示しています。隣接する残基ASP-114およびPro-181の置換により、触媒活性が低下し、PH/レートプロファイルが変化したD114N、P181A、およびP181H変異酵素が得られ、塩基としてのHIS-179と酸としてのHIS15の役割が示されました。変異H179Qはラクトン加水分解半反応に対して触媒的に活性でしたが、変異体H115Qは不活性であり、ラクトン加水分解におけるHIS-115の役割を意味します。酸塩基触媒残基としてのHis-179およびHis-115を含む触媒メカニズムが提案されています。

The extradiol catechol dioxygenases catalyze the non-heme iron(II)-dependent oxidative cleavage of catechols to 2-hydroxymuconaldehyde products. Previous studies of a biomimetic model reaction for extradiol cleavage have highlighted the importance of acid-base catalysis for this reaction. Two conserved histidine residues were identified in the active site of the class III extradiol dioxygenases, positioned within 4-5 A of the iron(II) cofactor. His-115 and His-179 in Escherichia coli 2,3-dihydroxyphenylpropionate 1,2-dioxygenase (MhpB) were replaced by glutamine, alanine, and tyrosine. Each mutant enzyme was catalytically inactive for extradiol cleavage, indicating the essential nature of these acid-base residues. Replacement of neighboring residues Asp-114 and Pro-181 gave D114N, P181A, and P181H mutant enzymes with reduced catalytic activity and altered pH/rate profiles, indicating the role of His-179 as a base and His-115 as an acid. Mutant H179Q was catalytically active for the lactone hydrolysis half-reaction, whereas mutant H115Q was inactive, implying a role for His-115 in lactone hydrolysis. A catalytic mechanism involving His-179 and His-115 as acid-base catalytic residues is proposed.