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タイトルStructural basis of a bi-functional malonyl-CoA reductase (MCR) from the photosynthetic green non-sulfur bacterium .
ジャーナル・号・ページmBio, Vol. 14, Issue 4, Page e0323322, Year 2023
掲載日2023年8月31日
著者Xin Zhang / Jiyu Xin / Zhiguo Wang / Wenping Wu / Yutong Liu / Zhenzhen Min / Yueyong Xin / Bing Liu / Jun He / Xingwei Zhang / Xiaoling Xu /
PubMed 要旨Malonyl-CoA reductase (MCR) is a NADPH-dependent bi-functional enzyme that performs alcohol dehydrogenase and aldehyde dehydrogenase (CoA-acylating) activities in the N- and C-terminal fragments, ...Malonyl-CoA reductase (MCR) is a NADPH-dependent bi-functional enzyme that performs alcohol dehydrogenase and aldehyde dehydrogenase (CoA-acylating) activities in the N- and C-terminal fragments, respectively. It catalyzes the two-step reduction of malonyl-CoA to 3-hydroxypropionate (3-HP), a key reaction in the autotrophic CO fixation cycles of green non-sulfur bacteria and the archaea . However, the structural basis underlying substrate selection, coordination, and the subsequent catalytic reactions of full-length MCR is largely unknown. For the first time, we here determined the structure of full-length MCR from the photosynthetic green non-sulfur bacterium (MCR) at 3.35 Å resolution. Furthermore, we determined the crystal structures of the N- and C-terminal fragments bound with reaction intermediates NADP and malonate semialdehyde (MSA) at 2.0 Å and 2.3 Å, respectively, and elucidated the catalytic mechanisms using a combination of molecular dynamics simulations and enzymatic analyses. Full-length MCR was a homodimer of two cross-interlocked subunits, each containing four tandemly arranged short-chain dehydrogenase/reductase (SDR) domains. Only the catalytic domains SDR1 and SDR3 incorporated additional secondary structures that changed with NADP-MSA binding. The substrate, malonyl-CoA, was immobilized in the substrate-binding pocket of SDR3 through coordination with Arg1164 and Arg799 of SDR4 and the extra domain, respectively. Malonyl-CoA was successively reduced through protonation by the Tyr743-Arg746 pair in SDR3 and the catalytic triad (Thr165-Tyr178-Lys182) in SDR1 after nucleophilic attack from NADPH hydrides. IMPORTANCE The bi-functional MCR catalyzes NADPH-dependent reduction of malonyl-CoA to 3-HP, an important metabolic intermediate and platform chemical, from biomass. The individual MCR-N and MCR-C fragments, which contain the alcohol dehydrogenase and aldehyde dehydrogenase (CoA-acylating) activities, respectively, have previously been structurally investigated and reconstructed into a malonyl-CoA pathway for the biosynthetic production of 3-HP. However, no structural information for full-length MCR has been available to illustrate the catalytic mechanism of this enzyme, which greatly limits our capacity to increase the 3-HP yield of recombinant strains. Here, we report the cryo-electron microscopy structure of full-length MCR for the first time and elucidate the mechanisms underlying substrate selection, coordination, and catalysis in the bi-functional MCR. These findings provide a structural and mechanistic basis for enzyme engineering and biosynthetic applications of the 3-HP carbon fixation pathways.
リンクmBio / PubMed:37278533 / PubMed Central
手法EM (単粒子) / X線回折
解像度2 - 3.35 Å
構造データ

34812

8hi4

EMDB-34812, PDB-8hi4:
Cryo-EM structure of the bi-functional malonyl-CoA reductase from Roseiflexus castenholzii
手法: EM (単粒子) / 解像度: 3.35 Å

PDB-8hi5:
Crystal structure of the NADP+ and MSA bound C terminal domain of bi-functional malonyl-CoA reductase from Roseiflexus castenholzii
手法: X-RAY DIFFRACTION / 解像度: 2.3 Å

PDB-8hi6:
Crystal structure of the NADP+ and MSA bound N terminal domain of bi-functional malonyl-CoA reductase from Roseiflexus castenholzii
手法: X-RAY DIFFRACTION / 解像度: 2 Å

化合物

ChemComp-FK2:
3-oxidanylidenepropanoic acid / マロンアルデヒド酸

ChemComp-NAP:
NADP NICOTINAMIDE-ADENINE-DINUCLEOTIDE PHOSPHATE

ChemComp-HOH:
WATER

由来
  • roseiflexus castenholzii dsm 13941 (バクテリア)
キーワードOXIDOREDUCTASE / The 3-hydroxypropionate cycle / Bifunctional enzyme / Short chain dehydrogenase

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万見文献について

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お知らせ

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2022年2月9日: EMDBエントリの付随情報ファイルのフォーマットが新しくなりました

EMDBエントリの付随情報ファイルのフォーマットが新しくなりました

  • EMDBのヘッダファイルのバージョン3が、公式のフォーマットとなりました。
  • これまでは公式だったバージョン1.9は、アーカイブから削除されます。

関連情報:EMDBヘッダ

外部リンク:wwPDBはEMDBデータモデルのバージョン3へ移行します

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2020年8月12日: 新型コロナ情報

新型コロナ情報

URL: https://pdbjlc1.pdbj.org/emnavi/covid19.php

新ページ: EM Navigatorに新型コロナウイルスの特設ページを開設しました。

関連情報:Covid-19情報 / 2020年3月5日: 新型コロナウイルスの構造データ

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2020年3月5日: 新型コロナウイルスの構造データ

新型コロナウイルスの構造データ

関連情報:万見生物種 / 2020年8月12日: 新型コロナ情報

外部リンク:COVID-19特集ページ - PDBj / 今月の分子2020年2月：コロナウイルスプロテーアーゼ

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2019年1月31日: EMDBのIDの桁数の変更

EMDBのIDの桁数の変更

  • EMDBエントリに付与されているアクセスコード(EMDB-ID)は4桁の数字(例、EMD-1234)でしたが、間もなく枯渇します。これまでの4桁のID番号は4桁のまま変更されませんが、4桁の数字を使い切った後に発行されるIDは5桁以上の数字(例、EMD-12345)になります。5桁のIDは2019年の春頃から発行される見通しです。
  • EM Navigator/万見では、接頭語「EMD-」は省略されています。

関連情報:Q: 「EMD」とは何ですか？ / 万見/EM NavigatorにおけるID/アクセスコードの表記

外部リンク:EMDB Accession Codes are Changing Soon! / PDBjへお問い合わせ

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2017年7月12日: PDB大規模アップデート

PDB大規模アップデート

  • 新バージョンのPDBx/mmCIF辞書形式に基づくデータがリリースされました。
  • 今回の更新はバージョン番号が4から5になる大規模なもので、全エントリデータの書き換えが行われる「Remediation」というアップデートに該当します。
  • このバージョンアップで、電子顕微鏡の実験手法に関する多くの項目の書式が改定されました(例：em_softwareなど)。
  • EM NavigatorとYorodumiでも、この改定に基づいた表示内容になります。

外部リンク:wwPDB Remediation / OneDepデータ基準に準拠した、より強化された内容のモデル構造ファイルが、PDBアーカイブで公開されました。

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関連情報:EMDB / PDB / SASBDB / 万見 (Yorodumi) / EMN文献 / 新しいEM Navigatorと万見の変更点

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