<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<!DOCTYPE root>
<article xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance" xmlns:ali="http://www.niso.org/schemas/ali/1.0/" article-type="research-article" dtd-version="1.2" xml:lang="en"><front><journal-meta><journal-id journal-id-type="publisher-id">Acta Naturae</journal-id><journal-title-group><journal-title xml:lang="en">Acta Naturae</journal-title><trans-title-group xml:lang="ru"><trans-title>Acta Naturae</trans-title></trans-title-group></journal-title-group><issn publication-format="print">2075-8251</issn><publisher><publisher-name xml:lang="en">Acta Naturae Ltd</publisher-name></publisher></journal-meta><article-meta><article-id pub-id-type="publisher-id">10857</article-id><article-id pub-id-type="doi">10.32607/20758251-2019-11-3-82-88</article-id><article-categories><subj-group subj-group-type="toc-heading" xml:lang="en"><subject>Research Articles</subject></subj-group><subj-group subj-group-type="toc-heading" xml:lang="ru"><subject>Экспериментальные статьи</subject></subj-group><subj-group subj-group-type="article-type"><subject>Research Article</subject></subj-group></article-categories><title-group><article-title xml:lang="en">The Catalytic Mechanisms of the Reactions between Tryptophan Indole-Lyase and Nonstandard Substrates: The Role of the Ionic State of the Catalytic Group Accepting the Cα Proton of the Substrate</article-title><trans-title-group xml:lang="ru"><trans-title>Каталитический механизм воздействия триптофан-индол-лиазы на нестандартные субстраты. Роль ионного состояния каталитической группы, акцептирующей Cα-протон субстрата</trans-title></trans-title-group></title-group><contrib-group><contrib contrib-type="author"><name-alternatives><name xml:lang="en"><surname>Faleev</surname><given-names>N. G.</given-names></name><name xml:lang="ru"><surname>Фалеев</surname><given-names>Н. Г.</given-names></name></name-alternatives><address><country country="RU">Russian Federation</country></address><email>ngfal@ineos.ac.ru</email><xref ref-type="aff" rid="aff1"/></contrib><contrib contrib-type="author"><name-alternatives><name xml:lang="en"><surname>Tsvetikova</surname><given-names>M. A.</given-names></name><name xml:lang="ru"><surname>Цветикова</surname><given-names>М. А.</given-names></name></name-alternatives><address><country country="RU">Russian Federation</country></address><email>ngfal@ineos.ac.ru</email><xref ref-type="aff" rid="aff1"/></contrib><contrib contrib-type="author"><name-alternatives><name xml:lang="en"><surname>Gogoleva</surname><given-names>O. I.</given-names></name><name xml:lang="ru"><surname>Гоголева</surname><given-names>О. И.</given-names></name></name-alternatives><address><country country="RU">Russian Federation</country></address><email>ngfal@ineos.ac.ru</email><xref ref-type="aff" rid="aff1"/></contrib><contrib contrib-type="author"><name-alternatives><name xml:lang="en"><surname>Kulikova</surname><given-names>V. V.</given-names></name><name xml:lang="ru"><surname>Куликова</surname><given-names>В. В.</given-names></name></name-alternatives><address><country country="RU">Russian Federation</country></address><email>ngfal@ineos.ac.ru</email><xref ref-type="aff" rid="aff2"/></contrib><contrib contrib-type="author"><name-alternatives><name xml:lang="en"><surname>Revtovich</surname><given-names>S. V.</given-names></name><name xml:lang="ru"><surname>Ревтович</surname><given-names>С. В.</given-names></name></name-alternatives><address><country country="RU">Russian Federation</country></address><email>ngfal@ineos.ac.ru</email><xref ref-type="aff" rid="aff2"/></contrib><contrib contrib-type="author"><name-alternatives><name xml:lang="en"><surname>Kochetkov</surname><given-names>K. A.</given-names></name><name xml:lang="ru"><surname>Кочетков</surname><given-names>К. А.</given-names></name></name-alternatives><address><country country="RU">Russian Federation</country></address><email>ngfal@ineos.ac.ru</email><xref ref-type="aff" rid="aff1"/><xref ref-type="aff" rid="aff3"/></contrib></contrib-group><aff-alternatives id="aff1"><aff><institution xml:lang="en">Nesmeyanov Institute of Organoelement Compounds, Russian Academy of Sciences</institution></aff><aff><institution xml:lang="ru">Институт элементоорганических соединений им. А.Н. Несмеянова РАН</institution></aff></aff-alternatives><aff-alternatives id="aff2"><aff><institution xml:lang="en">Engelhardt Institute of Molecular Biology, Russian Academy of Sciences</institution></aff><aff><institution xml:lang="ru">Институт молекулярной биологии им. В.А. Энгельгардта РАН</institution></aff></aff-alternatives><aff-alternatives id="aff3"><aff><institution xml:lang="en">Mendeleev University of Chemical Technology</institution></aff><aff><institution xml:lang="ru">Химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева</institution></aff></aff-alternatives><pub-date date-type="pub" iso-8601-date="2019-09-15" publication-format="electronic"><day>15</day><month>09</month><year>2019</year></pub-date><volume>11</volume><issue>3</issue><issue-title xml:lang="en">VOL 11, NO3 (2019)</issue-title><issue-title xml:lang="ru">ТОМ 11, №3 (2019)</issue-title><fpage>82</fpage><lpage>88</lpage><history><date date-type="received" iso-8601-date="2020-01-21"><day>21</day><month>01</month><year>2020</year></date></history><permissions><copyright-statement xml:lang="en">Copyright ©; 2019, Faleev N.G., Tsvetikova M.A., Gogoleva O.I., Kulikova V.V., Revtovich S.V., Kochetkov K.A.</copyright-statement><copyright-statement xml:lang="ru">Copyright ©; 2019, Фалеев Н.Г., Цветикова М.А., Гоголева О.И., Куликова В.В., Ревтович С.В., Кочетков К.А.</copyright-statement><copyright-year>2019</copyright-year><copyright-holder xml:lang="en">Faleev N.G., Tsvetikova M.A., Gogoleva O.I., Kulikova V.V., Revtovich S.V., Kochetkov K.A.</copyright-holder><copyright-holder xml:lang="ru">Фалеев Н.Г., Цветикова М.А., Гоголева О.И., Куликова В.В., Ревтович С.В., Кочетков К.А.</copyright-holder><ali:free_to_read xmlns:ali="http://www.niso.org/schemas/ali/1.0/"/><license><ali:license_ref xmlns:ali="http://www.niso.org/schemas/ali/1.0/">https://creativecommons.org/licenses/by/4.0</ali:license_ref></license></permissions><self-uri xlink:href="https://actanaturae.ru/2075-8251/article/view/10857">https://actanaturae.ru/2075-8251/article/view/10857</self-uri><abstract xml:lang="en"><p>In the reaction between tryptophan indole-lyase (TIL) and a substrate containing a bad leaving group (L-serine), general acid catalysis is required for the group's elimination. During this stage, the proton originally bound to the Cα atom of the substrate is transferred to the leaving group, which is eliminated as a water molecule. As a result, the basic group that had accepted the Cα proton at the previous stage has to be involved in the catalytic stage following the elimination in its basic form. On the other hand, when the substrate contains a good leaving group (β-chloro-L-alanine), general acid catalysis is not needed at the elimination stage and cannot be implemented, because there are no functional groups in enzymes whose acidity is strong enough to protonate the elimination of a base as weak as Cl- anion. Consequently, the group that had accepted the Cα proton does not lose its additional proton during the elimination stage and should take part in the subsequent stage in its acidic (not basic) form. To shed light on the mechanistic consequences of the changes in the ionic state of this group, we have considered the pH dependencies of the main kinetic parameters for the reactions of TIL with L-serine and β-chloro-L-alanine and the kinetic isotope effects brought about by replacement of the ordinary water used as a solvent with 2H2O. We have found that in the reaction between TIL and β-chloro-L-alanine, the aminoacrylate hydrolysis stage is sensitive to the solvent isotope effect, while in the reaction with L-serine it is not. We have concluded that in the first reaction, the functional group containing an additional proton fulfills a definite catalytic function, whereas in the reaction with L-serine, when the additional proton is absent, the mechanism of hydrolysis of the aminoacrylate intermediate should be fundamentally different. Possible mechanisms were considered.</p></abstract><trans-abstract xml:lang="ru"><p>В реакции триптофан-индол-лиазы (ТИЛ) с субстратом, содержащим плохую уходящую группу (<italic>L</italic>-серин), необходим общекислотный катализ на стадии ее отщепления. В ходе этой стадии происходит формальный перенос протона из α-положения субстрата к уходящей группе, при этом отщепляется вода. В результате группа, первоначально акцептировавшая C<sub>α</sub>-протон, в последующей каталитической стадии должна выступать в виде соответствующего сопряженного основания. Когда субстрат содержит хорошую уходящую группу (β-хлор-<italic>L</italic>-аланин), общекислотный катализ на стадии элиминирования не является необходимым и не может быть реализован, поскольку в ферментах отсутствуют сильные кислотные группы, которые могли бы отдать свой протон столь слабому основанию, как отщепляющийся анион хлора. Таким образом каталитическая группа, первоначально принявшая С<sub>α</sub>-протон от субстрата, должна вступить в последующую стадию в кислотной, а не основной форме. Для выяснения механистических последствий изменений ионного состояния этой группы для реакций ТИЛ с нестандартными субстратами - <italic>L</italic>-серином и β-хлор-<italic>L</italic>-аланином, рассмотрены рН-зависимости основных кинетических параметров процесса и кинетические изотопные эффекты, обусловленные заменой обычной воды в качестве растворителя на <sup>2</sup>Н<sub>2</sub>О. Установлено, что в реакции ТИЛ с β-хлор-<italic>L</italic>-аланином стадия гидролиза аминоакрилатного интермедиата чувствительна к изотопному эффекту растворителя, а в случае реакции с <italic>L</italic>-серином - нет. Показано, что в ходе первой реакции функциональная группа, содержащая «дополнительный» протон, выполняет конкретную каталитическую функцию, тогда как в реакции с <italic>L</italic>-серином, когда отсутствует этот протон, механизм гидролиза аминоакрилата должен быть принципиально иным. На основании полученных результатов предложены возможные механизмы гидролиза аминоакрилата в реакциях ТИЛ с <italic>L</italic>-серином и β-хлор-<italic>L</italic>-аланином.</p></trans-abstract><kwd-group xml:lang="en"><kwd>tryptophan indole-lyase</kwd><kwd>mechanism</kwd><kwd>kinetics</kwd><kwd>L-serine</kwd><kwd>β-chloro-L-alanine</kwd></kwd-group><kwd-group xml:lang="ru"><kwd>кинетика</kwd><kwd>триптофан-индол-лиаза</kwd><kwd>L-серин</kwd><kwd>β-хлор-L-аланин</kwd></kwd-group><funding-group><funding-statement xml:lang="en">This work was supported by the Russian Foundation for Basic Research (grant No. 16-04-00947). Spectral characterization and elemental analysis were performed with the financial support from the Ministry of Science and Higher Education of the Russian Federation using the facilities of the Center for Molecule Composition Studies of the A.N. Nesmeyanov Institute of Organoelement Compounds, Russian Academy of Sciences.</funding-statement><funding-statement xml:lang="ru">Работа выполнена при поддержке РФФИ (грант № 16-04-00947). Спектральные исследования и элементный анализ проведены при поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации с использованием научного оборудования Центра исследования строения молекул ИНЭОС РАН.</funding-statement></funding-group></article-meta></front><body></body><back><ref-list><ref id="B1"><label>1.</label><mixed-citation>1. Ivanov V.I., Karpeisky M.Ya. // Adv. Enzymol. Relat. Areas Mol. Biol. 1969. V. 32. P. 21-53.</mixed-citation></ref><ref id="B2"><label>2.</label><mixed-citation>2. Lee M., Phillips R.S. // Bio. Med. Chem. 1995. V. 3. № 2. P. 195-205.</mixed-citation></ref><ref id="B3"><label>3.</label><mixed-citation>3. Faleev N.G., Gogoleva O.I., Dementieva I.S., Zakomirdina L.N., Belikov V.M. // Biochem. Mol. Biol. Int. 1994. V. 34. № 1. P. 209-216.</mixed-citation></ref><ref id="B4"><label>4.</label><mixed-citation>4. Harris A.P., Phillips R.S. // FEBS J. 2013. V. 280. № 8. P. 1807-1817.</mixed-citation></ref><ref id="B5"><label>5.</label><mixed-citation>5. Suelter С.H., Wang J., Snell E.E. // FEBS Lett. 1976. V. 66. № 2. P. 230-232.</mixed-citation></ref><ref id="B6"><label>6.</label><mixed-citation>6. Watanabe T., Snell E.E. // J. Biochem. (Tokyo) 1977. V. 82. № 3. P. 733-745.</mixed-citation></ref><ref id="B7"><label>7.</label><mixed-citation>7. Phillips R.S. // Arch. Biochem. Biophys. 1987. V. 256. № 1. P. 302-310.</mixed-citation></ref><ref id="B8"><label>8.</label><mixed-citation>8. Dementieva I.S., Zakomirdina L.N., Sinitzina N.I., Antson A.A., Wilson K.S., Isupov M.N., Lebedev A.A., Harutyunyan E.H. // J. Mol. Biol. 1994. V. 235. № 2. P. 783-785.</mixed-citation></ref><ref id="B9"><label>9.</label><mixed-citation>9. Kogan A., Gdalevsky G.Y., Kohen-Luria R., Parola A.H., Golggur Y. //Acta Cryst. D60. Pt 11. P. 2073-2075.</mixed-citation></ref><ref id="B10"><label>10.</label><mixed-citation>10. Tsesin N., Kogan A., Gdalevsky G., Himanen J.-P., Cohen-Luria R., Parola A., Goldgur Y., Almog O. // Acta Cryst. D. Biol. Cryst. 2007. V. 63. Pt. 9. P. 969-974.</mixed-citation></ref><ref id="B11"><label>11.</label><mixed-citation>11. Isupov M.N., Antson A.A., Dodson E.J., Dodson G.G., Dementieva I.S., Zakomyrdina L.N., Wilson K.S., Dauter Z., Lebedev A.A., Harutynyan E.H. // J. Mol. Biol. 1998. V. 276. № 3. P. 603-623.</mixed-citation></ref><ref id="B12"><label>12.</label><mixed-citation>12. Phillips R.S., Miles E.W., Cohen L.A. // Biochemistry. 1984. V. 23. № 25. P. 6228-6234.</mixed-citation></ref><ref id="B13"><label>13.</label><mixed-citation>13. Kiik D.M., Phillips R.S. // Biochemistry. 1988. V. 27. № 19. P. 7339-7344.</mixed-citation></ref><ref id="B14"><label>14.</label><mixed-citation>14. Phillips R.S. // J. Am. Chem. Soc. 1989. V. 111. № 2. P. 727-730.</mixed-citation></ref><ref id="B15"><label>15.</label><mixed-citation>15. Phillips R.S. // Biochemistry.1991. V. 30. № 24. P. 5927-5934.</mixed-citation></ref><ref id="B16"><label>16.</label><mixed-citation>16. Phillips R.S., Sundararaju B., Faleev N.G. // J. Amer. Chem. Soc. 2000. V. 122. № 6. P. 1008-1014.</mixed-citation></ref><ref id="B17"><label>17.</label><mixed-citation>17. Demidkina T.V., Antson A.A., Faleev N.G., Phillips R.S., Zakomirdina L.N. // Mol. Biol. 2009. V. 43. № 2. P. 269-283.</mixed-citation></ref><ref id="B18"><label>18.</label><mixed-citation>18. Demidkina T.V., Zakomirdina L.N., Kulikova V.V., Dementieva I.S., Faleev N.G., Ronda L., Mozzarelli A., Gollnick P.D., Phillips R.S. // Biochemistry. 2003. V. 42. № 38. P. 11161- 11169.</mixed-citation></ref><ref id="B19"><label>19.</label><mixed-citation>19. Kulikova V.V., Zakomirdina L.N., Bazhuina N.P., Dementieva I.S., Faleev N.G., Gollnick P.D., Demidkina T.V. // Biochemistry (Moscow). 2003. V. 68. № 11. P. 1181-1188.</mixed-citation></ref><ref id="B20"><label>20.</label><mixed-citation>20. Phillips R.S., Buisman A.A., Choi S., Hussaini A., Wood Z.A. // Acta Crystallogr. D Struct. Biol. 2018. V. 74(Pt 8). P. 748-759. doi: 10.1107/S2059798318003352.</mixed-citation></ref><ref id="B21"><label>21.</label><mixed-citation>21. Vederas J.C., Schleicher E., Tsai M.D., Floss H.G. // J. Biol. Chem. 1978. V. 253. № 15. P. 5330-5334.</mixed-citation></ref><ref id="B22"><label>22.</label><mixed-citation>22. Phillips R.S., Gollnick P.D. // J. Biol. Chem. 1989. V. 264. № 18. P. 10627-10632.</mixed-citation></ref><ref id="B23"><label>23.</label><mixed-citation>23. Dua R.K., Taylor E.W., Phillips R.S. // J. Amer. Chem. Soc. 1993. V. 115. № 4. P. 1264-1270.</mixed-citation></ref><ref id="B24"><label>24.</label><mixed-citation>24. Kagamiyama H., Wada H., Matsubara H., Snell E.E. // J. Biol. Chem. 1972. V. 247. № 5. P. 1571-1575.</mixed-citation></ref><ref id="B25"><label>25.</label><mixed-citation>25. Phillips R.S., Ravichandran K., von Tersch R.L. // Enz. Microb. Technol. 1989. V. 11. № 2. P. 80-83.</mixed-citation></ref><ref id="B26"><label>26.</label><mixed-citation>26. Cleland W.W. // Methods Enzymol. 1979. V. 63. P. 103-138.</mixed-citation></ref></ref-list></back></article>
