Enzyme-Mediated Conversion of Flavin Adenine Dinucleotide (FAD) to 8-Formyl FAD in Formate Oxidase Results in a Modified Cofactor with Enhanced Catalytic Properties

辅因子 黄素腺嘌呤二核苷酸 黄蛋白 黄素组 化学 催化作用 格式化 氧化酶试验 甲酸脱氢酶 生物化学 组合化学
作者
John M. Robbins,Michael Souffrant,Donald Hamelberg,Giovanni Gadda,Andreas S. Bommarius
出处
期刊:Biochemistry [American Chemical Society]
卷期号:56 (29): 3800-3807 被引量:37
标识
DOI:10.1021/acs.biochem.7b00335
摘要

Flavins, including flavin adenine dinucleotide (FAD), are fundamental catalytic cofactors that are responsible for the redox functionality of a diverse set of proteins. Alternatively, modified flavin analogues are rarely found in nature as their incorporation typically results in inactivation of flavoproteins, thus leading to the disruption of important cellular pathways. Here, we report that the fungal flavoenzyme formate oxidase (FOX) catalyzes the slow conversion of noncovalently bound FAD to 8-formyl FAD and that this conversion results in a nearly 10-fold increase in formate oxidase activity. Although the presence of an enzyme-bound 8-formyl FMN has been reported previously as a result of site-directed mutagenesis studies of lactate oxidase, FOX is the first reported case of 8-formyl FAD in a wild-type enzyme. Therefore, the formation of the 8-formyl FAD cofactor in formate oxidase was investigated using steady-state kinetics, site-directed mutagenesis, ultraviolet-visible, circular dichroism, and fluorescence spectroscopy, liquid chromatography with mass spectrometry, and computational analysis. Surprisingly, the results from these studies indicate not only that 8-formyl FAD forms spontaneously and results in the active form of FOX but also that its autocatalytic formation is dependent on a nearby arginine residue, R87. Thus, this work describes a new enzyme cofactor and provides insight into the little-understood mechanism of enzyme-mediated 8α-flavin modifications.

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