Corynebacterium glutamicum pyruvate：キノンオキシドレダクターゼ：異常な構造的特徴を備えた謎めいた代謝酵素

ピルビン酸：キノン酸化還元酵素（PQO）は、電子受容体としてキノンを使用して、ピルビン酸の脱炭酸塩およびCO2を酢酸およびCO2に触媒するフラビン含有末梢膜酵素です。ここでは、Corynebacterium glutamicumのPQO活性を調査し、精製されたPQOを調べ、天然酵素の結晶構造と切り捨てられたバージョンを説明します。特異的なPQO活性は、複雑な培地で成長した固定相細胞で最も高く、グルコースまたは酢酸を含む複雑な培地で成長した細胞で低く、最小酢酸中程度で成長した細胞で最も低かった。C. glutamicumでは、約30倍高い特異的PQO活性を持つ同様のパターンが観察されました。TACプロモーターの制御下でプラスミド結合PQO発現を伴う。PQO活性の違いが転写後の制御による可能性が高いことを示しています。0.05〜0.4 h-1の希釈速度でのC. glutamicumの連続栽培により、PQO活性と成長率の間に負の相関が明らかになりました。複合体または最小限のアセテートメディウムで成長した細胞から精製されたPQO酵素の速度論的分析により、特定の活性（72.3対11.9 U・Mgタンパク質-1）および売上高（KCAT：440対78 S-1）の実質的な違いが明らかになりました。）、PQO活性に影響を与える翻訳後修飾を示唆しています。PQOの構造分析により、C末端膜結合ドメインを除き、Escherichia coli pyruvate oxidase Poxbに非常によく似たホモット膜配置が明らかになりました。17のC末端アミノ酸を欠く切り捨てられたPQOバリアントは、ピルビン酸に対するより高い親和性を示し、界面活性剤の活性化とは無関係であり、酵素活性化と脂質結合のC末端の重要性を強調しました。

Pyruvate:quinone oxidoreductase (PQO) is a flavin-containing peripheral membrane enzyme catalyzing the decarboxylation of pyruvate to acetate and CO2 with quinone as an electron acceptor. Here, we investigate PQO activity in Corynebacterium glutamicum, examine purified PQO, and describe the crystal structure of the native enzyme and a truncated version. The specific PQO activity was highest in stationary phase cells grown in complex medium, lower in cells grown in complex medium containing glucose or acetate, and lowest in cells grown in minimal acetate-medium. A similar pattern with about 30-fold higher specific PQO activities was observed in C. glutamicum with plasmid-bound pqo expression under the control of the tac promoter, indicating that the differences in PQO activity are likely due to post-transcriptional control. Continuous cultivation of C. glutamicum at dilution rates between 0.05 and 0.4 h-1 revealed a negative correlation between PQO activity and growth rate. Kinetic analysis of PQO enzymes purified from cells grown in complex or in minimal acetate-medium revealed substantial differences in specific activity (72.3 vs. 11.9 U·mg protein-1) and turnover number (kcat: 440 vs. 78 s-1, respectively), suggesting post-translational modifications affecting PQO activity. Structural analysis of PQO revealed a homotetrameric arrangement very similar to the Escherichia coli pyruvate oxidase PoxB except for the C-terminal membrane binding domain, which exhibited a conformation markedly different from its PoxB counterpart. A truncated PQO variant lacking 17 C-terminal amino acids showed higher affinity to pyruvate and was independent of detergent activation, highlighting the importance of the C-terminus for enzyme activation and lipid binding.