ピルボイル依存性ヒスチジンデカルボキシラーゼ活性部位構造と機構分析

ピルボイル依存性ヒスチジンデカルボキシラーゼの構造は、酵素が最適に活性であるpH 4.8で成長した結晶からのX線結晶学の方法によって2.5の解像度に改良されています。結合した基質類似体、ヒスチジンメチルエステル（Hisome）、または生成物であるヒスタミンを伴う有無にかかわらず活性部位のモデルが生成されています。ネイティブとリガンドに縛られた構造の比較は、立体構造の広範な違いは明らかになりませんが、活性部位でのHisomeの結合時に、いくつかの重要な残基（Tyr-62 '、ILE-59'、Ser-81）の動きが明らかになります。Hisomeは、遷移状態の形成を促進するために必要に応じて指向された適切なアルファ炭素炭素結合と結合します。結合部位には、イミダゾール群用の2つのポケットと、もう1つは-Coomeグループ用のポケットが含まれています。イミダゾールポケットでは、イミダゾリウム基は、2つの隣接カルボキシレート、ASP-63 'およびベータ鎖のカルボキシル末端Ser-81との水素結合を形成します。疎水性の接触も観察されます。カルボキシレートポケットは、アルストンとアベレスによって予測されたように主に疎水性です（Alston、T。A.、およびAbeles、R。H.（1987）生化学26,4082-4085）が、Glu-197の1つのカルボキシル基を含み、約3.5 Aからの約3.5 Aを含みます。カルボキシレート。GLU-197がこれらの条件下でプロトン化されている場合、脱炭酸後のプロトンドナーとして機能する可能性があります。これらの条件下でイオン化されている場合、そのカルボキシレート基は、デカルボキシル化をもたらす電子の流れを促進する「プッシュ」を提供することにより、基質カルボキシレートイオンの安定性を高めるために適切に配置されます。結合複合体のこれらおよびその他の構造的特徴は、脱炭酸の提案されたメカニズムに関連する際に議論されています。

The structure of the pyruvoyl-dependent histidine decarboxylase has been refined to 2.5 A resolution by the methods of x-ray crystallography from crystals grown at pH 4.8, where the enzyme is optimally active. Models of the active site with and without the bound substrate analog, histidine methyl ester (HisOMe), or the product, histamine, have been produced. Comparison of native and ligand-bound structures reveals no widespread differences in conformation but does reveal motion of a few key residues (Tyr-62', Ile-59', Ser-81) upon binding of HisOMe in the active site. The HisOMe binds with the appropriate alpha-carbon-carbon bond oriented as required to facilitate the formation of the transition state. The binding site contains two pockets, one for the imidazole group, and another for the -COOMe group. In the imidazole pocket, the imidazolium group forms hydrogen bonds with two neighboring carboxylates, Asp-63' and the carboxyl terminus of the beta chain, Ser-81. Hydrophobic contacts are also observed. The carboxylate pocket is predominantly hydrophobic as predicted by Alston and Abeles (Alston, T. A., and Abeles, R. H. (1987) Biochemistry 26,4082-4085), but includes one carboxyl group, that of Glu-197, about 3.5 A from the substrate carboxylate. If Glu-197 is protonated under these conditions, it could serve as the proton donor following decarboxylation; if it is ionized under these conditions, its carboxylate group is appropriately placed to enhance the lability of the substrate carboxylate ion by providing a "push" in promoting the flow of electrons that results in decarboxylation. These and other structural features of the binding complex are discussed as they relate to a proposed mechanism of decarboxylation.