General biochemistry and metabolism (Council of Medical and Biological Sciences)
100 %
Ortelius classification: Enzimology
Panel
Publications Panel
Department or equivalent
Institute of Enzymology, BRC, Hungarian Academy of Sciences
Starting date
2011-02-01
Closing date
2011-12-31
Funding (in million HUF)
0.360
FTE (full time equivalent)
0.00
state
closed project
Summary in Hungarian
Az aromás kölcsönhatások a molekuláris felismerésben közismerten fontosak, az enzimkatalízisben betöltött szerepüket azonban kevésbé vizsgálták. Ebben a cikkben arról írunk, hogy egy, a dUTPáz és nukleotid szubsztrátja közötti konzervált aromás kölcsönhatás nagyban hozzájárul a nukleotid hidrolízis reakció asszociatív típusú átmeneti állapotának stabilizálásához. Az aromás átlapolás katalízisre gyakorolt hatása érdekes abból a szempontból, hogy a kölcsönhatásban résztvevő aromás uracil meglehetősen távol helyezkedik el az alfa-foszfát csoportnál kialakuló katalitikus centrumtól. Krisztallográfiai, gyorskinetikai és optikai spektroszkópiai módszerek, valamint termodinamikai számolások alkalmazásával állítottunk fel egy olyan lehetséges mechanizmust, amely a távoli pi-pi kölcsönhatás hidrolízisre gyakorolt sebességnövelő hatását magyarázza. A többi nukleotidot hidrolizáló enzimben gyakran fordul elő a dUTPázban találhatóhoz hasonlóan pozicionált aromás kölcsönhatás. Ez azt sejteti, hogy az általunk itt leírt jelenség nem egyedülálló, hanem az enzimatikus foszfát-észter hidrolízis mechanizmusának általános részét képezi.
Summary
Aromatic interactions are well-known players in molecular recognition but their catalytic role in biological systems is less documented. Here, we report that a conserved aromatic stacking interaction between dUTPase and its nucleotide substrate largely contributes to the stabilization of the associative type transition state of the nucleotide hydrolysis reaction. The effect of the aromatic stacking on catalysis is peculiar in that uracil, the aromatic moiety influenced by the aromatic interaction is relatively distant from the site of hydrolysis at the alpha-phosphate group. Using crystallographic, kinetics, optical spectroscopy and thermodynamics calculation approaches we delineate a possible mechanism by which rate acceleration is achieved through the remote pi - pi interaction. The abundance of similarly positioned aromatic interactions in various nucleotide hydrolyzing enzymes (e. g. most families of ATPases) raises the possibility of the reported phenomenon being a general component of the enzymatic catalysis of phosphate ester hydrolysis.
Final report
Results in Hungarian
Az alábbi eredmények publikálása megtörtént:
Az aromás kölcsönhatások a molekuláris felismerésben közismerten fontosak, az enzimkatalízisben betöltött szerepüket azonban kevésbé vizsgálták. Ebben a cikkben arról írunk, hogy egy, a dUTPáz és nukleotid szubsztrátja közötti konzervált aromás kölcsönhatás nagyban hozzájárul a nukleotid hidrolízis reakció asszociatív típusú átmeneti állapotának stabilizálásához. Az aromás átlapolás katalízisre gyakorolt hatása érdekes abból a szempontból, hogy a kölcsönhatásban résztvevő aromás uracil meglehetősen távol helyezkedik el az alfa-foszfát csoportnál kialakuló katalitikus centrumtól. Krisztallográfiai, gyorskinetikai és optikai spektroszkópiai módszerek, valamint termodinamikai számolások alkalmazásával állítottunk fel egy olyan lehetséges mechanizmust, amely a távoli pi-pi kölcsönhatás hidrolízisre gyakorolt sebességnövelő hatását magyarázza. A többi nukleotidot hidrolizáló enzimben gyakran fordul elő a dUTPázban találhatóhoz hasonlóan pozicionált aromás kölcsönhatás. Ez azt sejteti, hogy az általunk itt leírt jelenség nem egyedülálló, hanem az enzimatikus foszfát-észter hidrolízis mechanizmusának általános részét képezi.
Results in English
Aromatic interactions are well-known players in molecular recognition but their catalytic role in biological systems is less documented. Here, we report that a conserved aromatic stacking interaction between dUTPase and its nucleotide substrate largely contributes to the stabilization of the associative type transition state of the nucleotide hydrolysis reaction. The effect of the aromatic stacking on catalysis is peculiar in that uracil, the aromatic moiety influenced by the aromatic interaction is relatively distant from the site of hydrolysis at the alpha-phosphate group. Using crystallographic, kinetics, optical spectroscopy and thermodynamics calculation approaches we delineate a possible mechanism by which rate acceleration is achieved through the remote - interaction. The abundance of similarly positioned aromatic interactions in various nucleotide hydrolyzing enzymes (e. g. most families of ATPases) raises the possibility of the reported phenomenon being a general component of the enzymatic catalysis of phosphate ester hydrolysis.
