Structural Basis of Salicylic Acid Decarboxylase Reveals a Unique Substrate Recognition Mode and Access Channel

酶动力学 化学 基质(水族馆) 立体化学 脱羧 苯甲酸 水杨酸 位阻效应 氢键 活动站点 催化作用 生物化学 有机化学 分子 生物 生态学
作者
Xin Gao,Mian Wu,Wei Zhang,Chao Li,Rey‐Ting Guo,Yujie Dai,Weidong Liu,Shuhong Mao,Fuping Lu,Hui‐Min Qin
出处
期刊:Journal of Agricultural and Food Chemistry [American Chemical Society]
卷期号:69 (39): 11616-11625 被引量:9
标识
DOI:10.1021/acs.jafc.1c04091
摘要

Salicylic acid (SA) decarboxylase from Trichosporon moniliiforme (TmSdc), which reversibly catalyses the decarboxylation of SA to yield phenol, is of significant interest because of its potential for the production of benzoic acid derivatives under environmentally friendly reaction conditions. TmSdc showed a preference for C2 hydroxybenzoate derivatives, with kcat/Km of SA being 3.2 × 103 M-1 s-1. Here, we presented the first crystal structures of TmSdc, including a complex with SA. The three conserved residues of Glu8, His169, and Asp298 are the catalytic residues within the TIM-barrel domain of TmSdc. Trp239 forms a unique hydrophobic recognition site by interacting with the phenyl ring of SA, while Arg235 is responsible for recognizing the hydroxyl group at the C2 of SA via hydrogen bond interactions. Using a semi-rational combinatorial active-site saturation test, we obtained the TmSdc mutant MT3 (Y64T/P191G/F195V/E302D), which exhibited a 26.4-fold increase in kcat/Km with SA, reaching 8.4 × 104 M-1 s-1. Steered molecular dynamics simulations suggested that the structural changes in MT3 relieved the steric hindrance within the substrate access channel and enlarged the substrate-binding pocket, leading to the increased activity by improving substrate access. Our data elucidate the unique substrate recognition mode and the substrate entrance tunnel of SA decarboxylase.
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