D-グルコース-6-リン酸のオープン鎖型の類似体であるD-ソリビトール-6-リン酸と複合したウサギホスホグルコースイソメラーゼの結晶構造

ホスホグルコースイソメラーゼ（PGI）は、解糖および糖新生におけるD-グルコース-6-リン酸（G6P）およびD-フルクトース-6-リン酸（F6P）の異性化を触媒します。リガンドのないPGIの以前に報告されたX線結晶構造、F6Pの環状型、またはシスエンディオール中間体を模倣する阻害剤を使用した分析により、マルチステップ触媒メカニズムの環状開口部と異性化ステップのための提案されたメカニズムが得られました。全体的なメカニズムのモデルを完成させるために、リングの開口部と異性化ステップの間のPGIの状態、つまり基質またはアナログの開かれた形と複合された酵素の構造に関する情報が必要です。ここでは、G6Pのオープンチェーン形式の類似体であるD-ソリビトール-6-リン酸（S6P）と複合したウサギPGIの結晶構造を、2.0 A分解能で2.0で報告します。PGI/F6P構造で見られたように、アミノ酸残基512-520を含むヘリックスは「out」位置にあり、その周期的な形状の基板に十分な空間を提供し、おそらくリング開口直後（またはリング閉鎖直前）です。ただし、S6Pリガンドは、シスエンジオール中間体を模倣するリガンドで以前に見られたように、拡張された立体構造にあります。拡張されたコンフォメーションにより、リガンドはGlu357と相互作用することができ、それは異性化ステップ中にプロトンを伝達する。PGI/S6P構造は、リング開口部（またはリングクロージング）ステップと異性化ステップの間の酵素と基質の立体構造を表し、PGIの触媒メカニズムのモデルを完成させるのに役立ちます。

Phosphoglucose isomerase (PGI) catalyzes the isomerization of D-glucose-6-phosphate (G6P) and D-fructose-6-phosphate (F6P) in glycolysis and gluconeogenesis. Analysis of previously reported X-ray crystal structures of PGI without ligand, with the cyclic form of F6P, or with inhibitors that mimic the cis-enediol intermediate led to proposed mechanisms for the ring opening and isomerization steps in the multistep catalytic mechanism. To help complete our model of the overall mechanism, information is needed about the state of PGI between the ring opening and isomerization steps, in other words, a structure of the enzyme complexed with the open form of a substrate or an analog. Here, we report the crystal structure of rabbit PGI complexed with D-sorbitol-6-phosphate (S6P), an analog of the open chain form of G6P, at 2.0 A resolution. As was seen in the PGI/F6P structure, a helix containing amino acid residues 512-520 is found in the "out" position, which provides sufficient space in the active site for a substrate in its cyclic form and which is probably the location of that helix just after ring opening (or just before ring closure). However, the S6P ligand is in an extended conformation, as was seen previously with ligands that mimic the cis-enediol intermediate. The extended conformation enables the ligand to interact with Glu357, which transfers a proton during the isomerization step. The PGI/S6P structure represents the conformation of the enzyme and substrate between the ring opening (or ring closing) step and the isomerization step and helps to complete the model for PGI's catalytic mechanism.