Structural and enzymatic characterization of Bacillus subtilis R,R-2,3-butanediol dehydrogenase

丙酮 枯草芽孢杆菌 2,3-丁二醇 生物化学 脱氢酶 立体化学 对接(动物) 生物 酶动力学 水解酶 化学 活动站点 细菌 发酵 遗传学 护理部 医学
作者
Xiaofei Wang,Jia Lee,Fangling Ji
出处
期刊:Biochimica Et Biophysica Acta - General Subjects [Elsevier]
卷期号:1867 (4): 130326-130326
标识
DOI:10.1016/j.bbagen.2023.130326
摘要

2,3-butanediol dehydrogenase (BDH, EC 1.1.1.76) also known as acetoin reductase (AR, EC 1.1.1.4) is the key enzyme converting acetoin (AC) into 2,3-butanediol (BD) and undertaking the irreversible conversion of diacetyl to acetoin in various microorganisms. The existence of three BDHs (R,R-, meso-, and S,S-BDH) product different BD isomers. Catalyzing mechanisms of meso- and S,S-BDH have been understood with the assistance of their X-ray crystal structures. However, the lack of structural data for R,R-BDH restricts the integral understanding of the catalytic mechanism of BDHs. In this study, we successfully crystallized and solved the X-ray crystal structure of Bacillus subtilis R,R-BDH. A zinc ion was found locating in the catalytic center and coordinated by Cys37, His70 and Glu152, helping to stabilize the chiral substrates observed in the predicted molecular docking model. The interaction patterns of different chiral substrates in the molecular docking model explained the react priority measured by the enzyme activity assay of R,R-BDH. Site-directed mutation experiments determined that the amino acids Cys37, Thr244, Ile268 and Lys340 are important in the catalytically active center. The structural information of R,R-BDH presented in this study accomplished the understanding of BDHs catalytic mechanism and more importantly provides useful guidance for the directional engineering of R,R-BDH to obtain high-purity monochiral BD and AC.
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