Etude originale par diffraction des rayons X d'une aldéhyde déshydrogénase non-phosphorylante, décarboxylante et CoenzymeA-dépendante : la méthylmalonate semialdéhyde deshydrogénase de Bacillus subtilis
Résumé
The methylmalonate semialdehyde dehydrogenase (MSDH) catalyses the oxidation of methylmalonate semialdehyde (MMSA) and malonate semialdehyde (MSA) into propionyl-CoA and acetyl-CoA, respectively. MSDH is a particular member of the non-phosphorylating and NAD(P)+-dependent aldehyde dehydrogenase family (ALDHs). Indeed, this is a decarboxylating, NAD+ and CoA-dependent enzyme which functions via a three-step mechanism. The first step, in which the acylenzyme and the NADH are produced, is common to that of other ALDHs. The second and third steps consist of a b-decarboxylation and a deacylation processes. This thesis covers the work of determining crystallographic structures of the MSDH of Bacillus subtilis (Bs_MSDH) in complex with its substrates, in order to reveal the essential structural elements, important for the enzymatic mechanism. Globally, the structure of Bs_MSDH is comparable to that of those tetrameric ALDHs. The diffusion of a racemic mixture of MMSA in the Bs_MSDH/NAD+ complex crystals allows us in obtaining the reactional intermediate acylenzyme structure where stereoisomer S-MMSA is covalently bound to the enzyme and is not b-decarboxylated. These results are consistent with a ping-pong type mechanism where the NADH is released before the decarboxylation and the binding of CoA. The structures of the complexes with CoA highlight a signature sequence of xPxP aminocyls, a characteristic of the CoA-fixation in CoA-dependent ALDHs. This signature sequence is the principal hook-on point of CoA in the funnel of the MSDH active site.
La méthylmalonate semialdéhyde déshydrogénase (MSDH) catalyse respectivement l'oxydation du méthylmalonate semialdéhyde (MMSA) et du malonate semialdéhyde en propionyl-coenzymeA et acétyl-coenzymeA. La MSDH est une enzyme particulière de la famille des aldéhyde déshydrogénases (ALDHs) non-phosphorylantes et NAD(P)+-dépendantes. En effet celle-ci est une enzyme décarboxylante, NAD+ et coenzymeA -dépendante qui procède en trois étapes. La première étape, au cours de laquelle l'acylenzyme et le NADH sont produits, est commune à celle des autres ALDHs. Les deuxième et troisième étapes sont respectivement la b-décarboxylation et la désacylation. Le travail de thèse a consisté à déterminer des structures cristallographiques de la MSDH de Bacillus subtilis (Bs_MSDH) en complexe avec ses substrats, en vue de révéler les éléments structuraux indispensables à la compréhension du mécanisme enzymatique. D'un point de vue global, la structure de la Bs_MSDH est comparable à celle des ALDHs tétramériques. La diffusion d'un mélange racémique de MMSA dans des cristaux du complexe Bs_MSDH/NAD+ ont permis d'obtenir une structure de l'intermédiaire réactionnel acylenzyme où le stéréoisomère S-MMSA, lié de façon covalente à l'enzyme, présente toujours sa fonction acide terminale. Ces résultats sont en accord avec la cinétique enzymatique de type ping-pong où le NADH est libéré avant la décarboxylation et la fixation du CoA. Les structures des complexes avec le CoA mettent en évidence une séquence signature d'aminocyls xPxP, caractéristique de la fixation du CoA chez les ALDHs CoA-dépendantes. Cette séquence signature est le point d'accroche principal du CoA dans l'entonnoir du site actif de la MSDH.
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