EPSP synthase: binding studies using isothermal titration microcalorimetry and equilibrium dialysis and their implications for ligand recognition and kinetic mechanism.
Biochemistry · 1992 · 31:5528-34 · PMID 1610798 · 등급8 기타 원저 · 물질과 작용기전 > EPSPS·시킴산 경로
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등온 적정 열량계 측정 결과는 대장균(Escherichia coli) EPSP 합성효소(EPSPS)의 다양한 기질 및 저해제 복합체에 대한 중요한 새로운 결합 상수($K_d$) 정보를 제공하였다. 이 기술의 유효성은 먼저 알려진 이원성 복합체인 기질인 시키미산 3-인산염(S3P)과의 $K_d$를 결정하고, 또한 S3P와 글리포세이트가 포함된 제초제 삼원성 복합체(EPSPS.S3P.글리포세이트)를 통해 검증되었다. 관찰된 $K_d$ 값들은 이전에 독립적으로 측정된 동역학적 및 형광 결합 측정값들과 매우 잘 일치하였다. 추가적인 응용은 포스포에놀피루브산(PEP)과 자유 효소 간의 상당히 강한 상호작용($K_d = 390 \mu M$)뿐만 아니라, 글리포세이트 단독과의 그에 상응하는 약한 친화도($K_d = 12 mM$)를 최초로 명확히 입증하였다. EPSPS.PEP 이원성 복합체의 형성은 평형 투석을 이용하여 독립적으로 확인되었다. 이러한 결과들은 S3P가 PEP 결합보다 글리포세이트 결합에 훨씬 더 효과적으로 시너지 효과를 나타냄을 강력하게 시사한다. 이러한 관찰은 글리포세이트가 PEP의 전이 상태 유사체로 작용한다는 가설을 뒷받침하는 중요한 새로운 증거를 추가한다. 그러나 촉매적으로 활성이 있는 PEP 이원성 복합체의 형성은 효소 반응에 필요한 기존 보고된 강제 결합 순서 과정과 일치하지 않으며, 이는 전체 EPSPS 동역학 메커니즘을 완전히 수정하는 새로운 연구로 이어졌다. S3P와 무기 인산염(EPSPS.S3P.Pi, $K_d = 4 mM$) 사이의 이전에 가정되었던 삼원성 복합체 또한 최초로 검출되었다. 미세열량계 데이터로부터 각 리간드 복합체의 정량적 결합 엔탈피와 엔트로피도 결정되었다. 이러한 값들은 S3P 부위에서의 인식에 대한 열역학적 매개변수들이 PEP, $\text{Pi}$, 및 글리포세이트 부위에서 관찰되는 것들과 뚜렷한 차이가 있음을 보여준다.ORIGINAL ABSTRACT
Isothermal titration calorimetry measurements are reported which give important new binding constant (Kd) information for various substrate and inhibitor complexes of Escherichia coli EPSP synthase (EPSPS). The validity of this technique was first verified by determining Kd's for the known binary complex with the substrate, shikimate 3-phosphate (S3P), as well as the herbicidal ternary complex with S3P and glyphosate (EPSPS.S3P.glyphosate). The observed Kd's agreed very well with those from previous independently determined kinetic and fluorescence binding measurements. Further applications unequivocally demonstrate for the first time a fairly tight interaction between phosphoenolpyruvate (PEP) and free enzyme (Kd = 390 microM) as well as a correspondingly weak affinity for glyphosate (Kd = 12 mM) alone with enzyme. The formation of the EPSPS.PEP binary complex was independently corroborated using equilibrium dialysis. These results strongly suggest that S3P synergizes glyphosate binding much more effectively than it does PEP binding. These observations add important new evidence to support the hypothesis that glyphosate acts as a transition-state analogue of PEP. However, the formation of a catalytically productive PEP binary complex is inconsistent with the previously reported compulsory binding order process required for catalysis and has led to new studies which completely revise the overall EPSPS kinetic mechanism. A previously postulated ternary complex between S3P and inorganic phosphate (EPSPS.S3P.Pi, Kd = 4 mM) was also detected for the first time. Quantitative binding enthalpies and entropies were also determined for each ligand complex from the microcalorimetry data. These values demonstrate a clear difference in thermodynamic parameters for recognition at the S3P site versus those observed for the PEP, Pi, and glyphosate sites.| 저자 | Ream, J. E.; Yuen, H. K.; Frazier, R. B.; Sikorski, J. A. |
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| 저널 | Biochemistry |
| 권·호·쪽 | 31(24), 5528-34 |
| PMID | 1610798 |
| DOI | 10.1021/bi00139a015 |
| MeSH | 3-Phosphoshikimate 1-Carboxyvinyltransferase; Alkyl and Aryl Transferases; Calorimetry; Escherichia coli; Glycine; In Vitro Techniques; Kinetics; Ligands; Phosphates; Phosphoenolpyruvate; Shikimic Acid; Thermodynamics; Transferases; Glyphosate |