Cobalt as a Cofactor for α-Galactosaminidase-Catalyzed Cleavage of Blood Group Antigens

化学 氧代碳 活动站点 立体化学 质子化 催化作用 胺气处理 水解酶 酶催化 辅因子 生物化学 有机化学 离子 亲核细胞
作者
Yuqing Tian,L.J. Worrall,Lyann Sim,Feng Liu,Seyed A. Nasseri,Peter Rahfeld,Wanmeng Mu,Jayachandran N. Kizhakkedathu,N.C.J. Strynadka,Stephen G. Withers
出处
期刊:ACS Catalysis [American Chemical Society]
卷期号:14 (17): 13497-13508
标识
DOI:10.1021/acscatal.4c03643
摘要

Enzymatic cleavage of the terminal α-N-acetylgalactosamine of the A-antigen of red blood cells by gut commensal organisms such as Flavonifractor plautii is achieved in a two-step process in which a specific deacetylase initially generates a terminal galactosamine residue, and then a second α-galactosaminidase cleaves the sugar to leave the H-antigen of O blood types. An interesting question concerns how such an enzyme avoids the electrostatic destabilization of the transition state that would be imposed by the protonated amine, leading us to a structural analysis. The three-dimensional structure of this GH36 enzyme, in conjunction with mechanistic studies, reveals that, while the enzyme adopts a very similar overall structure and double displacement mechanism to those of other members of glycoside hydrolase Clan-D, the active site now contains an essential cobalt ion, which coordinates the 2-position amine of the substrate. Moreover, two other metals (zinc and manganese) appear to play structural roles, while no other Clan-D glycosidases are known to show any metal dependence. Indeed, no other glycosidase is known for such a diverse metal ion binding requirement. Coordination of the substrate amine to cobalt will suppress its protonation at the operating pH of the enzyme, thereby bypassing the problem of electrostatic destabilization of the oxocarbenium ion-like transition state and allowing the reaction to proceed efficiently. This is an alternative solution to a mechanistic problem while maintaining an otherwise very similar active site.
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