On the Mechanism of the Urocanase Reaction: Confirmation of the Structure of the NAD+‐Inhibitor Adduct by Direct 13C‐13C Coupling

Schubert, Carsten J.; Zhao, Ymin; Shin, Jung‐Hyn; Rétey, János

doi:10.1002/anie.199412791

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“…In the active site of HutU from P. putida , there is a tightly bound NAD + that is utilized as an unusual nonredox electrophilic cofactor for hydration of urocanate (PDB entry ) . Its mechanism of action has been elucidated by biochemical methods , . One of three enzyme variants that can act upon the product of the HutI reaction, N -formimino- l -glutamate hydrolase, has been crystallized and its structure determined to high resolution (PDB entry ).…”

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A Common Catalytic Mechanism for Proteins of the HutI Family

et al. 2008

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Imidazolonepropionase (HutI) (imidazolone-5-propanote hydrolase, EC 3.5.2.7) is a member of the amidohydrolase superfamily and catalyzes the conversion of imidazolone-5-propanoate to N-formimino-L-glutamate in the histidine degradation pathway. We have determined the three-dimensional crystal structures of HutI from Agrobacterium tumefaciens (At-HutI) and an environmental sample from the Sargasso Sea Ocean Going Survey (Es-HutI) bound to the product [ N-formimino-L-glutamate (NIG)] and an inhibitor [3-(2,5-dioxoimidazolidin-4-yl)propionic acid (DIP)], respectively. In both structures, the active site is contained within each monomer, and its organization displays the landmark feature of the amidohydrolase superfamily, showing a metal ligand (iron), four histidines, and one aspartic acid. A catalytic mechanism involving His265 is proposed on the basis of the inhibitor-bound structure. This mechanism is applicable to all HutI forms.

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A Common Catalytic Mechanism for Proteins of the HutI Family

et al. 2008

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Zum Mechanismus der Urocanase‐Reaktion: ¹³C‐NMR‐spektroskopische Beobachtung des enzymgebundenen NAD⁺‐Inhibitor‐Adduktes

Schubert¹,

Röttele²,

Spraul

et al. 1995

Angewandte Chemie

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Die Selektivitat der Ionendurchlassigkeit durch Membrankanale wird in erster Linie durch die engste Stelle der Kanalpore, den Selektivitatsfilter, bestimmt. Das Verhaltnis von elektronischer Feldstarke am Filter und der Dehydratisierungsenergie der hindurchtretenden Ionen bestimmt das AusmaB der Dehydrati-sier~ng[~I. Insbesondere der fur die Selektivitat bei spannungskontrollierten K + -1onenkanalen verantwortliche Mechanismus ist ausfiihrlich diskutiert worden. Dabei wird im allgemeinen angenommen, daB der fur K+-Ionen selektive Filter aus einem von vier Tyrosinresten gebildeten ,,aromatischen Kafig" besteht. Dieser bewirkt ein schwaches elektrisches Feld, das die vollstandige Dehydratisierung von K+-, nicht aber von Na+-Ionen ermoglicht. Folglich konnen die Kf-Ionen den Filter passieren, nicht jedoch die Na+-Ionen. Die n-Elektronen der Arylreste tragen wahrscheinlich durch anziehende n-Kationen-Wechselwirkungen zu einer Verringerung der Potentialbarriere fur den Durchtritt der K+-Ionen beit'']. Dieser Mechanismus kann auch die von uns beobachtete Selektivitat von 1 a-Kanalen erklaren. Die engste Stelle der ionenleitenden Pore in 1 a wird von den vier Resorcinringen rnit einem schwachen elektrischen Feld) gebildet. Diese Offnung wird als gerade grol3 genug angesehen nackte K+-Ionen (Y = 1.33 A) passieren zu lassen, nicht aber die etwas grol3eren Rb+-Ionen (Y = 1.47 A). Nach Molekiildynamiksimulationen ahnelt die GroBe der Offnung von 1 a etwa der Pore von p-tert-Butylcalix[4]arentetraamid, das den Durchtritt von K+-Ionen nicht aber von Cs+-Ionen ( I = 1.69 A) zulaDt['21.Erstmals gelang also ein selektiver Ionentransport durch eine Membran-Doppelschicht iiber einen Kanalmechanismus mit einem einfachen und stabilen synthetischen Molekiil. dessen Dimer die essentiellen biologischen [9] a) sowie fur Peptidkanale, die einen Typ von Leitfahigkeit zeigen: d) M. Montal, M. S. Montal,

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On the Mechanism of Action of Urocanase: Observation of the Enzyme‐Bound NAD⁺ ‐Inhibitor Adduct by ¹³C NMR Spectroscopy

Schubert¹,

Röttele²,

Spraul

et al. 1995

Angew. Chem. Int. Ed. Engl.

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Not the aromatic form 1 a but the nonaromatic form 1b of the enzyme‐inhibitor complex is preferred at the active site of urocanase. This can be observed in situ with 13C‐labeled components by NMR spectroscopy. The enzyme‐bound adducts were characterized by use of (4‐13C)NAD+‐containing urocanase and the labeled inhibitor (5′‐13C)imidazolepropionate. • = 13C, R = adenosine diphosphate ribosyl.

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