scholarly journals Conformational changes associated with cofactor/substrate binding of 6-phosphogluconate dehydrogenase from Escherichia coli and Klebsiella pneumoniae: Implications for enzyme mechanism

2010 ◽  
Vol 169 (1) ◽  
pp. 25-35 ◽  
Author(s):  
Ying-Yin Chen ◽  
Tzu-Ping Ko ◽  
Wei-Hung Chen ◽  
Li-Ping Lo ◽  
Chun-Hung Lin ◽  
...  
Keyword(s):  
Escherichia Coli ◽  
Klebsiella Pneumoniae ◽  
Conformational Changes ◽  
Substrate Binding ◽  
Enzyme Mechanism ◽  
Phosphogluconate Dehydrogenase

scholarly journals Effect of Divalent Metal Ion on the Structure, Stability and Function of Klebsiella pneumoniae Nicotinate-Nucleotide Adenylyltransferase: Empirical and Computational Studies

2021 ◽  
Vol 23 (1) ◽  
pp. 116
Author(s):  
Olamide Jeje ◽  
Reabetswe Maake ◽  
Ruan van Deventer ◽  
Veruschka Esau ◽  
Emmanuel Amarachi Iwuchukwu ◽  
...  
Keyword(s):  
Klebsiella Pneumoniae ◽  
Conformational Changes ◽  
Metal Ion ◽  
Therapeutic Potential ◽  
Divalent Cations ◽  
Homology Modelling ◽  
Substrate Binding ◽  
Structure Stability ◽  
Atp Binding ◽  
The Impact

The continuous threat of drug-resistant Klebsiella pneumoniae justifies identifying novel targets and developing effective antibacterial agents. A potential target is nicotinate nucleotide adenylyltransferase (NNAT), an indispensable enzyme in the biosynthesis of the cell-dependent metabolite, NAD+. NNAT catalyses the adenylation of nicotinamide/nicotinate mononucleotide (NMN/NaMN), using ATP to form nicotinamide/nicotinate adenine dinucleotide (NAD+/NaAD). In addition, it employs divalent cations for co-substrate binding and catalysis and has a preference for different divalent cations. Here, the biophysical structure of NNAT from K. pneumoniae (KpNNAT) and the impact of divalent cations on its activity, conformational stability and substrate-binding are described using experimental and computational approaches. The experimental study was executed using an enzyme-coupled assay, far-UV circular dichroism, extrinsic fluorescence spectroscopy, and thermal shift assays, alongside homology modelling, molecular docking, and molecular dynamic simulation. The structure of KpNNAT revealed a predominately α-helical secondary structure content and a binding site that is partially hydrophobic. Its substrates ATP and NMN share the same binding pocket with similar affinity and exhibit an energetically favourable binding. KpNNAT showed maximum activity and minimal conformational changes with Mg2+ as a cofactor compared to Zn2+, Cu2+ and Ni2+. Overall, ATP binding affects KpNNAT dynamics, and the dynamics of ATP binding depend on the presence and type of divalent cation. The data obtained from this study would serve as a basis for further evaluation towards designing structure-based inhibitors with therapeutic potential.

scholarly journals Molecular mimicry in deoxy-nucleotide catalysis: the structure of Escherichia coli dGTPase reveals the molecular basis of dGTP selectivity: New structural methods offer insight on dGTPases

2018 ◽  
Author(s):  
Christopher O. Barnes ◽  
Ying Wu ◽  
Jinhu Song ◽  
Guowu Lin ◽  
Elizabeth L. Baxter ◽  
...  
Keyword(s):  
Escherichia Coli ◽  
Conformational Changes ◽  
Reverse Transcription ◽  
Sequence Homology ◽  
Active Site ◽  
Substrate Binding ◽  
Critical Role ◽  
Binding Pocket ◽  
Substrate Binding Pocket ◽  
Cellular Survival

AbstractDeoxynucleotide triphosphate triphosphyohydrolyases (dNTPases) play a critical role in cellular survival and DNA replication through the proper maintenance of cellular dNTP pools by hydrolyzing dNTPs into deoxynucleosides and inorganic triphosphate (PPPi). While the vast majority of these enzymes display broad activity towards canonical dNTPs, exemplified by Sterile Alpha Motif (SAM) and Histidine-aspartate (HD) domain-containing protein 1 (SAMHD1), which blocks reverse transcription of retroviruses in macrophages by maintaining dNTP pools at low levels, Escherichia coli (Ec)-dGTPase is the only known enzyme that specifically hydrolyzes dGTP. However, the mechanism behind dGTP selectivity is unclear. Here we present the free-, ligand (dGTP)- and inhibitor (GTP)-bound structures of hexameric E. coli dGTPase. To obtain these structures, we applied UV-fluorescence microscopy, video analysis and highly automated goniometer-based instrumentation to map and rapidly position individual crystals randomly-located on fixed target holders, resulting in the highest indexing-rates observed for a serial femtosecond crystallography (SFX) experiment. The structure features a highly dynamic active site where conformational changes are coupled to substrate (dGTP), but not inhibitor binding, since GTP locks dGTPase in its apo form. Moreover, despite no sequence homology, dGTPase and SAMHD1 share similar active site and HD motif architectures; however, dGTPase residues at the end of the substrate-binding pocket mimic Watson Crick interactions providing Guanine base specificity, while a 7 Å cleft separates SAMHD1 residues from dNTP bases, abolishing nucleotide-type discrimination. Furthermore, the structures sheds light into the mechanism by which long distance binding (25 Å) of single stranded DNA in an allosteric site primes the active site by conformationally “opening” a tyrosine gate allowing enhanced substrate binding.Significance StatementdNTPases play a critical role in cellular survival through maintenance of cellular dNTP. While dNTPases display activity towards dNTPs, such as SAMHD1 –which blocks reverse transcription of HIV-1 in macrophages– Escherichia coli (Ec)-dGTPase is the only known enzyme that specifically hydrolyzes dGTP. Here we use novel free electron laser data collection to shed light into the mechanisms of (Ec)-dGTPase selectivity. The structure features a dynamic active site where conformational changes are coupled to dGTP binding. Moreover, despite no sequence homology between (Ec)-dGTPase and SAMHD1, both enzymes share similar active site architectures; however, dGTPase residues at the end of the substrate-binding pocket provide dGTP specificity, while a 7 Å cleft separates SAMHD1 residues from dNTP.

Protein Flexibility Catalyzes a Cell Signaling Reaction of the Ras-GAP Complex

2019 ◽  
Author(s):  
Keiei Kumon ◽  
Masahiro Higashi ◽  
Shinji Saito ◽  
Shigehiko Hayashi
Keyword(s):  
Cell Signaling ◽  
Conformational Changes ◽  
Catalytic Reaction ◽  
Protein Complex ◽  
Enzyme Mechanism ◽  
Activation Free Energy ◽  
Chemical Catalysis ◽  
Simple Chemical ◽  
A Cell ◽  
Enzyme Molecules

Many enzyme molecules exhibit characteristic global and slow dynamics which furnish them with allostery realizing remarkable molecular functionalities more than simple chemical catalysis. However, molecular mechanism of a catalytic reaction associated with the molecular flexibility of enzymes is not well-understood. Here we report a hybrid molecular simulation study on GTPase activity of a Ras-GAP protein complex for cell signaling termination. We unveiled that extensive conformational changes of the protein complex and exclusion of internal water molecules are induced upon the transition state (TS) formation in the catalytic reaction and significantly lower the reaction activation free energy. We also revealed that tumor-related mutations perturb those conformational changes upon the TS formation, leading to reduction of the catalytic activity. The findings of the remarkably dynamic protein conformation directly linking to the catalytic reaction have broad implications for understanding of enzyme mechanism and for developments of allosteric drugs and novel catalysts.

Análise da eficácia da higiene oral de pacientes internados em unidade de terapia intensiva em um hospital de alta complexidade do sul do Brasil

2019 ◽  
Vol 31 (2) ◽  
pp. 134
Author(s):  
Karoline Cândido Francisco Teixeira ◽  
Luana Moretti dos Santos ◽  
Fabiano Goulart Azambuja
Keyword(s):  
Escherichia Coli ◽  
Klebsiella Pneumoniae ◽  
Acinetobacter Baumannii ◽  
Terapia Intensiva

Introdução: As infecções orais, na Unidade de Terapia Intensiva (UTI), deveriam ser preocupações constantes dos profissionais da área da Saúde ali inseridos, devido às consequências que podem causar na saúde geral dos pacientes debilitados sistemicamente. A criação de um protocolo padrão de higiene oral é de suma importância para impedir ou tratar tais infecções, o que possibilita ao paciente conforto e qualidade de vida, devendo ser realizada por profissionais qualificados. Métodos: Foi realizado um estudo transversal e descritivo, cuja análise foi descritiva e se desenvolveu na Unidade de Terapia Intensiva de um hospital de alta complexidade no Sul do Brasil, no período de fevereiro de 2016 a fevereiro de 2017. A amostra total foi composta por 35 pacientes, com idade mínima de 18 anos, que estavam internados na UTI do referido hospital, portadores de prontuários e Termo de Consentimento Livre e Esclarecido. Resultados: Dentre os microrganismos achados nos exames laboratoriais dos pacientes, apresentaram-se em maior quantidade Klebsiella pneumoniae, Staphylococcus coagulase negativo e Escherichia coli. Apenas dois pacientes adquiriram o Acinetobacter baumannii. A maioria dos pacientes obtiveram bactérias gram-negativas presentes em sua microbiota oral. Conclusões: As bactérias patogênicas presentes no meio oral devem ser tratadas e erradicadas. Isso pode ser alcançado por meio de um protocolo padrão de higiene oral. A participação da Odontologia na equipe multidisciplinar no ambiente hospitalar é de fundamental importância para a indicação da terapêutica adequada.

Антимікробна резистентність провідних збудників інфекцій сечових шляхів у Києві (Україна)

2017 ◽  
Vol 1 (2) ◽  
pp. 48-60
Author(s):  
A.G. Salmanov ◽  
A.V. Rudenko
Keyword(s):  
Escherichia Coli ◽  
Pseudomonas Aeruginosa ◽  
Klebsiella Pneumoniae ◽  
Staphylococcus Epidermidis ◽  
Klebsiella Oxytoca ◽  
Enterobacter Aerogenes ◽  
Enterobacter Cloacae ◽  
Proteus Vulgaris ◽  
Providencia Rettgeri ◽  
E Coli

Мета роботи — вивчити резистентність до антибіотиків бактеріальних збудників інфекцій сечових шляхів (ІСШ), виділених у пацієнтів урологічного стаціонару в м. Києві. Матеріали і методи. Досліджено 1612 штамів бактерій, виділених із сечі хворих з ІСШ (цистит, уретрит, пієлонефрит), госпіталізованих в урологічне відділення ДУ «Інститут урології НАМН України» у м. Києві протягом 2016 р. Серед пацієнтів переважали жінки — 1201 (74,5 %). Вік хворих становив від 17 до 74 років. Для збору даних використано медичну документацію лікарні. Мікробіологічні дослідження виконано у лабораторії мікробіології ДУ «Інститут урології НАМН України». Аналізували результати культурального дослідження зразків сечі, зібраних за наявності клінічних ознак ІСШ. Дослідження клінічного матеріалу та інтерпретацію отриманих результатів проводили загальноприйнятими методами. Вивчено чутливість уропатогенів до 31 антибіотика дискодифузійним методом відповідно до рекомендацій Інституту клінічних та лабораторних стандартів США (Clinical and Laboratory Standards Institute (CLSI)). Результати та обговорення. Аналіз мікробного спектра сечі виявив домінування серед уропатогенів штамів Escherichia coli (32,0 %), Enterococcus faecalis (19,5 %), Klebsiella pneumoniae (10,9 %), Staphylococcus epidermidis (8,9 %), S. haemolyticus (6,5 %) та Pseudomonas aeruginosa (6,4 %). Частка Enterococcus faecium, Enterobacter aerogenes і Streptococcus viridans становила відповідно 2,5, 2,2 і 1,6 %, Enterobacter cloacae, Klebsiella oxytoca, Acinetobacter baumannii, Proteus vulgaris та Providencia rettgeri — менше 1,0 %. У більшості випадків (69,7 %) мікроорганізми виділено у монокультурі, у решті випадків — у мікробних асоціа- ціях. Високу резистентність до тестованих антибіотиків виявили штами E. aerogenes (45,1 %), E. cloacae (45,7 %), E. faecium (40,9 %), E. faecalis (40,7 %), E. coli (39,9 %), P. aeruginosa (34,0 %), K. pneumoniae (28,6 %). Найбільш активними до уропатогенів були іміпенем (E. coli — 87,6 %, P. aeruginosa — 75,7 %, E. cloacae — 67,3 %, E. aerogenes — 72,6 %, K. pneumoniae — 93,2 %), меропенем (E. coli — 89,1 %, P. aeruginosa — 76,7 %, K. pneumoniae — 82,6 %), лефлоцин (E. coli — 74,5 %, ентерококи — 78,7 %, P. aeruginosa — 76,7 %, E. cloacae — 73,9 %, E. aerogenes — 80,4 %, K. pneumoniae — 83,5 %), амоксицилін/клавуланат (ентерококи — 84,6 %), фурагін (ентерококи — 82,6 %), цефоперазон (K. pneumoniae — 89,2 %, P. aeruginosa — 73,8 %), цефтріаксон (K. pneumoniae — 80,1 %). Висновки. Антибіотикорезистентність збудників ІСШ — важлива терапевтична проблема. Найбільшою активністю до уропатогенів характеризуються іміпенем, меропенем, лефлоцин, амоксицилін/ клавуланат, фурагін, цефоперазон, цефтріаксон, які можна розглядати як препарат вибору для призначення стартової терапії ІСШ. Необхідно здійснювати постійний моніторинг за резистентністю до дії антибіотиків. Політику використання антибіотиків у кожному стаціонарі слід визначати залежно від локальних даних щодо резистентності до протимікробних препаратів.

Sign in / Sign up

Export Citation Format

Share Document