Versatility of helix-loop-helix catalysts – cooperative HisH+-His sites that span both helices

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Abstract

Peptides with 42 amino acid residues have been designed to fold into helix-loop-helix motifs that dimerize to form four-helix bundles and catalyze the hydrolysis of p-nitrophenyl esters. Their reactivities depend on nucleophilic and general-acid catalysis by cooperative HisH+-His pairs. The peptide catalyst MNV with the HisH+-His pair separated by three residues within the helical segment catalyzes the hydrolysis of p-nitrophenyl fumarate with a second-order rate constant of 0.034 M−1s−1 at pH 5.1 and 290 K. This i, i+3 site is a factor of three more efficient than the corresponding i, i+4 site. Helix-loop-helix peptides having histidines situated at opposing helices were designed and exhibited cooperative HisH+-His catalytic pairs. The peptide H11,34K hydrolyzed p-nitrophenyl acetate and p-nitrophenyl valerate with second-order rate constants of 0.044 and 0.15 M−1s−1, respectively, at pH 5.1 and 290 K, indicating that the hydrophobic substituent was recognized by the catalyst.

Des peptides à 42 résidus d'acides aminés ont été conçus pour se replier et former des motifs à hélice-boucle-hélice qui pourraient se dimériser pour former des faisceaux à quatre hélices et catalyser l'hydrolyse des esters p-nitrophényle. Leurs réactivités dépendent d'une catalyse nucléophile et acide générale par coopération de paires HisH+-His. Le catalyseur peptidique MNV comportant une paire HisH+-His séparée par trois résidus dans le segment hélicoïdal catalyse l'hydrolyse du fumarate de p-nitrophényle avec une constante de vitesse du deuxième ordre de 0,034 M−1 s−1, à un pH de 5,1 et une température de 290 K. Ce site i, i +3 est plus efficace par un facteur de trois que le site correspondant i, i +4. Les peptides à hélice-boucle-hélice comportant des résidus histidines situés dans des hélices opposées ont été conçus et les paires catalytiques HisH+-His donnent lieu à de la coopération. Le peptide H11,34K permet d'hydrolyser les acétate et valérate de p-nitrophényle avec des constantes de vitesse respectives de 0,044 M−1 s−1 et 0,15 M−1 s−1, à un pH de 5,1 et une température de 290 K; ces résultats indiquent que le substituant hydrophobe est reconnu par le catalyseur.

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