Enzymatische C4‐Epimerisierung von UDP‐Glucuronsäure: präzise gesteuerte Rotation eines transienten 4‐Ketointermediats für eine invertierende Reaktion ohne Decarboxylierung

Abstract

UDP-Glucuronsäure(UDP-GlcA)-4-Epimerase repräsentiert eine wichtige Fragestellung in der Enzymkatalyse: die Balance zwischen konformativer Flexibilität und genauer Positionierung. Das Enzym koordiniert die C4-Oxidation des Substrats durch NAD + mit der Rotation eines leicht decarboxylierbaren β-Ketosäure-Intermediats im aktiven Zentrum zur Ermöglichung der stereoinvertierenden Reduktion der Ketogruppe durch NADH. Wir zeigen hier die nur schwer erfassbare Rotationskoordinate des 4-Ketointermediats. Distorsion des Zuckerrings in eine Boot-Konformation erzeugt torsionale Mobilität in der Bindungstasche des Enzyms. Die Endpunkte der Rotation zeigen den 4-Ketozucker in einer unverformten 4 C 1 -Sesselkonformation. Die äquatorial positionierte Carboxylatgruppe ist ungünstig für die 4-Ketozucker-Decarboxylierung. Varianten der Epimerase zeigen Decarboxylierung, wenn sie die Bindung mit der Carboxylatgruppe im entgegengesetzten Rotationsisomer des Substrats entfernen. R185A/D-Substitutionen wandeln die Epimerase in UDP-Xylose-Synthasen um, welche UDP-GlcA in stereospezifischen, konfigurationserhaltenden Reaktionen decarboxylieren.