4-Hydroxy-Tetrahydrodipicolinat-Synthase

Die 4-Hydroxy-Tetrahydrodipicolinat-Synthase katalysiert die Synthese der (4S)-4-Hydroxy-2,3,4,5-tetrahydro-(2S)-dipicolinsäure (HTPA)^{[S 1]} aus Brenztraubensäure (bzw. Pyruvat) und (2S)-2-Amino-4-oxobutansäure (L-Aspartat-β-semialdehyd):

Das Enzym kommt nur im Diaminopimelat-Weg der Lysin-Biosynthese vor und fungiert als Schlüsselenzym. Es wird angenommen, dass der Reaktionsmechanismus aus drei Schritten besteht. Zunächst reagiert eine Aminogruppe des Enzyms mit der Ketogruppe des Pyruvats zur Schiffschen Base. Im Folgeschritt kommt es zu einer Aldol-Kondensation des Aspartat-β-semialdehyd mit dem zur Schiffschen Base tautomeren Enamin. Im letzten Schritt erfolgt die Cyclisierung und die Freisetzung der 4-Hydroxy-2,3,4,5-tetrahydrodipicolinsäure. die NMR-spektroskopisch als einziges Produkt der Reaktion gefunden wurde.^{[3][1][1][6][5]}

Der ursprünglich angenommene Reaktionsmechanismus der Enzymkatalyse ging davon aus, dass es sich bei dem Produkt um 2,3-Dihydrodipicolinat handelt. Daher wurde das Enzym als Dihydrodipicolinat-Synthase EC 4.2.1.52 klassifiziert. Nachdem jüngere Studien die 4-Hydroxy-2,3,4,5-tetrahydrodipicolinsäure als Produkt nahelegten, erfolgte die Umklassifizierung zur 4-Hydroxy-Tetrahydrodipicolinat-Synthase. Die Identität des Produkts wird in der Literatur jedoch kontrovers diskutiert.^[7][8]

Pflanzliches DHDPS ist ein Homotetramer, das aus einem Dimer enger Dimere besteht. Das aktive Zentrum befindet sich in der Mitte eines 8-faltigen α/β-Fass in jedem Monomer, wobei sich die Lysin-Bindungsstelle in einer Spalte an der engen Dimer-Grenzfläche befindet.^[1]

1. ↑ ^{a b c d e} Griffin MD, Billakanti JM, Wason A, Keller S, Mertens HD, Atkinson SC, Dobson RC, Perugini MA, Gerrard JA, Pearce FG: Characterisation of the first enzymes committed to lysine biosynthesis in Arabidopsis thaliana. In: PLOS ONE. Band 7, Nr. 7, 2012, S. e40318, doi:10.1371/journal.pone.0040318, PMID 22792278, PMC 3390394 (freier Volltext), bibcode:2012PLoSO...740318G (englisch). 
2. ↑ Yugari Y, Gilvarg C: The condensation step in diaminopimelate synthesis. In: The Journal of Biological Chemistry. Band 240, Nr. 12, 12. Dezember 1965, S. 4710–6, doi:10.1016/S0021-9258(18)97013-4, PMID 5321309. 
3. ↑ ^{a b} Blickling S, Renner C, Laber B, Pohlenz HD, Holak TA, Huber R: Reaction mechanism of Escherichia coli dihydrodipicolinate synthase investigated by X-ray crystallography and NMR spectroscopy. In: Biochemistry. Band 36, Nr. 1, 7. Januar 1997, S. 24–33, doi:10.1021/bi962272d, PMID 8993314. 
4. ↑ Devenish SR, Blunt JW, Gerrard JA: NMR studies uncover alternate substrates for dihydrodipicolinate synthase and suggest that dihydrodipicolinate reductase is also a dehydratase. In: Journal of Medicinal Chemistry. Band 53, Nr. 12, 24. Juni 2010, S. 4808–12, doi:10.1021/jm100349s, PMID 20503968. 
5. ↑ ^{a b} Soares da Costa TP, Muscroft-Taylor AC, Dobson RC, Devenish SR, Jameson GB, Gerrard JA: How essential is the 'essential' active-site lysine in dihydrodipicolinate synthase? In: Biochimie. Band 92, Nr. 7, Juni 2010, S. 837–45, doi:10.1016/j.biochi.2010.03.004, PMID 20353808. 
6. ↑ Muscroft-Taylor AC, Soares da Costa TP, Gerrard JA: New insights into the mechanism of dihydrodipicolinate synthase using isothermal titration calorimetry. In: Biochimie. Band 92, Nr. 3, März 2010, S. 254–262, doi:10.1016/j.biochi.2009.12.004, PMID 20025926 (englisch). 
7. ↑ EC 4.3.3.7. In: IUBMB Enzyme Nomenclature. Abgerufen am 17. November 2023. 
8. ↑ William E. Karsten, Susan A. Nimmo, Jianguo Liu, Lilian Chooback: Identification of 2, 3-dihydrodipicolinate as the product of the dihydrodipicolinate synthase reaction from Escherichia coli. In: Archives of Biochemistry and Biophysics. Band 653, 2018, S. 50–62, doi:10.1016/j.abb.2018.06.011. 

1. ↑ Externe Identifikatoren von bzw. Datenbank-Links zu (4S)-4-Hydroxy-2,3,4,5-tetrahydro-(2S)-dipicolinsäure: CAS-Nr.: 185103-33-7, PubChem: 53323638, ChemSpider: 26386323, Wikidata: Q27135685.