Информационные технологии в исследовании каталитических центров и механизмов действия гидролаз тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.15 ВАК РФ

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ.

ВВЕДЕНИЕ.

ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ.

Глава 1. Методы анализа данных.

Методы парного выравнивания аминокислотных последовательностей.

Множественные выравнивания последовательностей.

Глобальные выравнивания трехмерных структур белковых молекул.

Методы нахождения локального сходства белковых структур.

Глава 2. Базы данных. ф База данных SwissProt.

Банк данных PDB.

Базы данных укладок белковых цепей.

Базы данных семейств гидролаз.

Базы данных каталитических центров ферментов.

База данных HSSP.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ.

Глава 3. Материалы и методы.

Базы данных.

Программное обеспечение.

Списки белков с заданным каталитическим центром.

Белковые структуры для процедуры поиска.

Белковые структуры для составления шаблонов.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ.

Глава 4. Метод построения структурных шаблонов.

Направления улучшения существующих методов.

Использование геометрических инвариантов.

Построение набора независимых селективных ограничений.

Примеры поисковых шаблонов.

Глава 5. Использование консервативности для идентификации каталитического центра.

Влияние изоморфных замен на значения энтропии Шеннона.

Влияние числа белков в выборке при выравнивании на количество консервативных остатков. ф Влияние степени идентичности последовательностей в выравнивании на консервативность каталитических остатков.

Энтропия Шеннона каталитических остатков.

Глава 6. Результаты поиска каталитических центров.

Чувствительность и селективность поиска.

Сравнение с аннотациями базы данных SwissProt.

Глава 7. Иерархическая классификация каталитических центров гидролаз и база данных на ее основе.

Использование метода идентификации каталитических центров для создания базы данных.

Иерархическая классификация каталитических центров.

Информация, предоставляемая базой данных.

Инструменты анализа данных.

Пример - конвергентная эволюция гидролаз с триадой Cys-His-Asp.

Глава 8. Основные классы каталитических центров гидролаз.

Гидролазы с карбоксильной группой в каталитическом центре.

Цистеиновые гидролазы.

Гистидиновые гидролазы.

Металло-зависимые гидролазы.

N-концевые пролиновые гидролазы.

Сериновые гидролазы.

Треониновые гидролазы.

Тирозиновые гидролазы.

Гидролазы с участием субстрата в каталитическом акте и кофакторзависимые гидролазы.

Количественные оценки распределения гидролаз по типам каталитических центров.

ВЫВОДЫ.

Ферменты - эффективные и селективные биокатализаторы [1,2]. Благодаря своим свойствам, они могут быть незаменимыми в тонком органическом и, особенно, стереоселективном синтезе, аналитических системах, для деградации токсичных отходов. Их широкое применение затруднено тем, что, как правило, нет ферментов для селективного проведения реакций с веществами, не встречающимися в природе. Поэтому, одной из важных целей биоинженерии является конструирование ферментов с заданными свойствами.

В настоящее время для решения этой задачи наиболее успешными являются методы «направленной эволюции» ферментов, основанные на случайном мутагенезе исходных ферментов и отборе мутантов, обладающих нужными свойствами [3]. Недостатками этой группы методов является непредсказуемость результатов, затрат времени и реактивов для выполнения работы, а также ее трудоемкость.

Использование рациональных компьютерных методов представляется более перспективным, т.к. в настоящее время мощности современных вычислительных систем растут экспоненциально (эмпирический закон Мура, отражающий тенденции развития компьютерной техники на протяжении уже 30 лет, гласит, что вычислительные мощности удваиваются каждые 2 года). Поэтому, следует ожидать, что производительность методов создания ферментов in silico превысит производительность лабораторных методов. К сожалению, недостаток понимания связи между последовательностью, трехмерной структурой и функцией белка приводит к тому, что рациональные методы создания биокатализаторов, гарантированно дающие требуемый результат, в настоящее время весьма ограничены [4].

Возможный подход к решению этой задачи - анализ изменчивости природных ферментов и изучение мутаций, которые происходили в семье гомологичных (родственных, произошедших от одного общего предка) ферментов и изменяли такие их свойства, как термостабилыюсть, рН-оптимум, субстратная специфичность. Так, например, многие свойства фермента определяются каталитическим центром -небольшим числом аминокислотных остатков, непосредственно осуществляющих химические превращения субстрата. Для ответа на вопрос, можно ли искусственно изменить тип каталитического центра фермента, предполагается разумным изучить, происходили ли такие изменения в природе, и если да, то как и с какими ограничениями.

Для нахождения случаев эволюции каталитических центров ферментов, как дивергентной эволюции - когда у родственных ферментов обнаруживались разные каталитические центры, так и конвергентной - когда различные ферменты приходили к каталитическим центрам одного типа, необходимо уметь отвечать на два вопроса. Во-первых, являются ли два данных фермента гомологичными или нет, и, во-вторых, одинаковы ли их каталитические центры. Благодаря развитию методов выравнивания аминокислотных последовательностей и трехмерных структур белков, ответить на первый вопрос несложно, и существующие методы позволяют выполнять такую работу автоматически в больших масштабах. Данные же о каталитическом центре ферментов, как правило, находятся в литературе, и непригодны для автоматического компьютерного анализа.

Несмотря на детальные знания отдельных ферментов, на многие вопросы более общего уровня трудно получить ответ - например, сколько различных каталитических центров известно на сегодняшний день? Реакции с какими субстратами способны осуществлять ферменты с каталитическим центром данного типа? Как распределены каталитические центры по организмам, и существуют ли предпочтения, например, у термофильных организмов? Фермент с каким каталитическим центром выбрать в качестве стартового для проведения «направленной эволюции» для осуществления заданной реакции?

Вопросы, заданные выше, относятся к области сравнительной химической энзимологии, и для ответа на них необходимо, чтобы данные о каталитических центрах отдельных ферментов были формализованы и доступны для компьютерного анализа. Учитывая, что отношения похожести между каталитическими центрами зачастую не I имеют дискретного характера (например, N-концевые сериновые гидролазы по свойствам больше похожи на N-концевые треониновые гидролазы, чем на сериновые гидролазы с триадой Ser-His-Asp, и все они совсем не похожи на аспартильные гидролазы), необходима гибкая система классификации каталитических центров, позволяющая учитывать такие детали.

Наконец, учитывая огромный объем накопленных данных по ферментам и их каталитическим центрам, а также экспоненциальный рост научной литературы, чрезвычайно желательно использовать автоматические методы для идентификации аминокислотных остатков каталитического центра и классификации его типа.

В настоящее время наиболее развиты и применяемы методы, основанные на выравнивании аминокислотных последовательностей, однако они не вполне пригодны для анализа эволюции каталитических центров. Действительно, существуют базы данных, объединяющие ферменты в гомологичные семьи на основе выравнивания их аминокислотных последовательностей, и за неимением лучшего, предполагается, что все ферменты в одной семье имеют каталитический центр одного типа. Использование одного метода для решения двух задач - установления гомологии ферментов и нахождения их каталитического центра - приводит к методической ошибке и невозможности нахождения гомологичных ферментов с различными типами каталитического центра.

Поэтому представляется необходимым создание дополнительных методов для идентификации каталитических центров и использование методов анализа, например, трехмерной структуры белков. Как будет показано, точность таких методов превышает точность методов анализа последовательностей и сопоставима с прямым анализом литературных источников. Достоинством таких методов является и способность обнаруживать каталитические центры с одинаковым расположением в пространстве даже среди негомологичных белков. Недостатком же методов анализа трехмерных структур белков является то, что в настоящий момент они находятся в стадии исследования и разработки.

Другим побудительным стимулом к разработке таких методов является экспоненциальный рост данных о трехмерной структуре белков (рисунок 1). Данные о координатах отдельных атомов в белковой молекуле, благодаря развитию методов рентгено-структурного анализа и ядерного магнитного резонанса, получены для более десятка тысяч различных белков. Но на вопрос, например, какие из этих структур содержат каталитическую триаду Ser-His-Asp с таким же расположением атомов в пространстве, как у трипсина, ответить оказывается чрезвычайно сложно. Данные о структуре белков хорошо формализованы, пригодны для компьютерного анализа и сдерживающим фактором является только отсутствие соответствующих методов.

Среди всех ферментов для данной работы было решено ограничиться гидролазами, из-за того, что это наиболее изученные и многочисленные ферменты на сегодняшний день, из-за общности катализируемых реакций - одним из субстратов обязательно является вода, в ходе реакции происходит разрыв связи гидроксид-ион -протон, и потому, что гидролазы - наиболее используемые ферменты.

40000 i 35000 -30000 25000

Рисунок 1. Рост банка данных PDB за последние 20 лет. По оси ординат отложено количество содержащихся структур биомолекул.

Таким образом, целями данной работы стали:

1. Разработка методов идентификации каталитических центров гидролаз на основе данных о трехмерной структуре белков.

2. Создание системы классификации каталитических центров, позволяющей учитывать градации отношения похожести между отдельными типами каталитических центров.

3. Приведение существующих данных о каталитических центрах изученных белков в форму, доступную для компьютерного анализа (создание компьютерной базы данных).

ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ.

1. Разработан метод создания чувствительных и селективных шаблонов

для нахождения каталитических центров ферментов по структурным

данным, основанный на использовании геометрических инвариантов и

сравнении каталитических и случайных грунп аминокислотных

остатков. 2. Исследованы возможности и ограничения использования энтропии

Шеннона для идентификации каталитических центров и для

новышения точности метода анализа структур белков. 3. На основе использованного подхода уточнены каталитические центры

ряда ферментов, представленных в базе данных SwissProt. 4. Предложена расширяемая иерархическая схема классификации

каталитических центров гидролаз, основанная на аминокислотном

составе каталитического центра и деталях механизма действия

фермента, позволяющая учитывать как детальпые различия

ферментов, так и проводить обобщения. 5. Создана база данных каталитических центров ферментов-гидролаз с

достуном через сеть интернет, содержащая данные о механизмах

каталитического акта, субстратной снецифичпости, организмах

происхождения и укладке пептидной цени ферментов,

нредоставляющая инструменты для анализа отношений между ними

(http://www.enzvme.chem.msu.ru/hcsA.

1. Варфоломеев С.Д. "Химическая Энзимология". Академия. Москва. 2005.

2. Firsht A. "Structure and Mechanism in Protein Science". W.H. Freeman and Company. New York. 1999.

3. Brakmann S., Johnsson K. "Directed Molecular Evolution of Proteins". Wiley-VCH. 2002.

4. Arnold F.H. (2001) "Combinatorial and computational challenges for biocatalyst design." Nature, 409(6817), 253-257

5. Korf I., Yandell M., Bedell J. "BLAST". O'Reilly. Beijing, Cambridge, Farnham, Paris, Sebastopol, Taipei, Tokyo. 2003.

6. Henikoff S., Henikoff J.G. (1992) "Amino acid substitution matrices from protein blocks." Proc Natl Acad Sci US A, 89(22), 10915-10919

7. Jordan I.K., Kondrashov F.A., Adzhubei I.A., Wolf Y.I., Koonin E.V., Kondrashov A.S., Sunyaev S. (2005) "A universal trend of amino acid gain and loss in protein evolution." Nature, 433(7026), 633-638

8. Needleman S.B., Wunsch C.D. (1970) "A general method applicable to the search for similarities in the amino acid sequence of two proteins." J Mol Biol, 48(3), 443453

9. Smith T.F., Waterman M.S. (1981) "Identification of common molecular subsequences." J Mol Biol, 147(1), 195-197

10. Rice P., Longden I., Bleasby A. (2000) "EMBOSS: the European Molecular Biology Open Software Suite." Trends Genet, 16(6), 276-277

11. Altschul S.F., Madden T.L., Schaffer A.A., Zhang J., Zhang Z., Miller W., Lipman D.J. (1997) "Gapped BLAST and PSI-BLAST: a new generation of protein database search programs." Nucleic Acids Res, 25(17), 3389-3402

12. Altschul S.F., Gish W., Miller W., Myers E.W., Lipman D.J. (1990) "Basic local alignment search tool." J Mol Biol, 215(3), 403-410

13. Pearson W.R., Lipman D.J. (1988) "Improved tools for biological sequence comparison." Proc Natl Acad Sci USA, 85(8), 2444-2448

14. Kang M.S., Kim S.R., Kwack P., Lim B.K., Ahn S.W., Rho Y.M., Seong I.S., Park S.C., Eom S.H., Cheong G.W., Chung C.H. (2003) "Molecular architecture of the ATP-dependent CodWX protease having an N-terminal serine active site." EMBO J, 22(12), 2893-2902

15. Chenna R., Sugawara H., Koike Т., Lopez R., Gibson T.J., Higgins D.G., Thompson J.D. (2003) "Multiple sequence alignment with the Clustal series of programs." Nucleic Acids Res, 31(13), 3497-3500

16. Sander C., Schneider R. (1991) "Database of homology-derived protein structures and the structural meaning of sequence alignment." Proteins, 9(1), 56-68

17. Sierk M.L., Kleywegt G.J. (2004) "Deja vu all over again: finding and analyzing protein structure similarities." Structure, 12(12), 2103-2111

18. Janecek S. (1996) "Invariant glycines and prolines flanking in loops the strand beta 2 of various (alpha/beta)8-barrel enzymes: a hidden homology?" Protein Sci, 5(6), 1136-1143

19. Gibrat J.F., Madej Т., Bryant S.H. (1996) "Surprising similarities in structure comparison." Curr Opin Struct Biol, 6(3), 377-385

20. Holm L., Sander C. (1997) "New structure-novel fold?" Structure, 5(2), 165-171

21. Weaver L.H., Grutter M.G., Matthews B.W. (1995) "The refined structures of goose lysozyme and its complex with a bound trisaccharide show that the "goose-type" lysozymes lack a catalytic aspartate residue." JMol Biol, 245(1), 54-68

22. Dilanni C.L., Davis L.J., Holloway M.K., Herber W.K., Darke P.L., Kohl N.E., Dixon R.A. (1990) "Characterization of an active single polypeptide form of the human immunodeficiency virus type 1 protease." J Biol Chem, 265(28), 1734817354

23. Holm L., Sander C. (1993) "Protein structure comparison by alignment of distance matrices." J Mol Biol, 233(1), 123-138

24. Madej Т., Gibrat J.F., Bryant S.H. (1995) "Threading a database of protein cores." Proteins, 23(3), 356-369

25. Shindyalov I.N., Bourne P.E. (1998) "Protein structure alignment by incremental combinatorial extension (CE) of the optimal path." Protein Eng, 11(9), 739-747

26. Jones S., Thornton J.M. (2004) "Searching for functional sites in protein structures." Curr Opin Chem Biol, 8(1), 3-7

27. Tendulkar A.V., Wangikar P.P., Sohoni M.A., Samant V.V., Mone C.Y. (2003) "Parameterization and classification of the protein universe via geometric techniques." JMol Biol, 334(1), 157-172

28. Tendulkar A.V., Joshi A.A., Sohoni M.A., Wangikar P.P. (2004) "Clustering of protein structural fragments reveals modular building block approach of nature." J Mol Biol, 338(3), 611-629

29. Yao H., Kristensen D.M., Mihalek I., Sowa M.E., Shaw C., Kimmel M., Kavraki L., Lichtarge O. (2003) "An accurate, sensitive, and scalable method to identify functional sites in protein structures." J Mol Biol, 326(1), 255-261

30. Artymiuk P.J., Poirrette A.R., Grindley H.M., Rice D.W., Willett P. (1994) "A graph-theoretic approach to the identification of three-dimensional patterns of amino acid side-chains in protein structures." J Mol Biol, 243(2), 327-344

31. Spriggs R.V., Artymiuk P.J., Willett P.(2003) "Searching for patterns of amino acids in 3D protein structures." J Chem Inf Comput Sci, 43(2), 412-421

32. Wallace A.C., Laskowski R.A., Thornton J.M. (1996) "Derivation of 3D coordinate templates for searching structural databases: application to Ser-His-Asp catalytic triads in the serine proteinases and lipases." Protein Sci, 5(6), 1001-1013

33. Wallace A.C., Borkakoti N., Thornton J.M. (1997) "TESS: a geometric hashing algorithm for deriving 3D coordinate templates for searching structural databases. Application to enzyme active sites." Protein Sci, 6(11), 2308-2323

34. Kleywegt G.J. (1999) "Recognition of spatial motifs in protein structures." J Mol Biol, 285(4), 1887-1897

35. Oldfield T.J. (2002) "Data mining the protein data bank: residue interactions." Proteins, 49(4), 510-528

36. Stark A., Russell R.B. (2003) "Annotation in three dimensions. PINTS: Patterns in Non-homologous Tertiary Structures." Nucleic Acids Res, 31(13), 3341-3344

37. Barker J.A., Thornton J.M. (2003) "An algorithm for constraint-based structural template matching: application to 3D templates with statistical analysis." Bioinformatics, 19(13), 1644-1649

38. Stark A., Sunyaev S., Russell R.B. (2003) "A model for statistical significance of local similarities in structure." J Mol Biol, 326(5), 1307-1316

39. Laskowski R.A., Watson J.D., Thornton J.M. (2005) "Protein function prediction using local 3D templates." J Mol Biol, 351(3), 614-626

40. Berman H.M., Westbrook J., Feng Z., Gilliland G., Bhat T.N., Weissig H., Shindyalov I.N., Bourne P.E. (2000) "The Protein Data Bank." Nucleic Acids Res, 28(1), 235-242

41. Li W., Jaroszewski L., Godzik A. (2001) "Clustering of highly homologous sequences to reduce the size of large protein databases." Bioinformatics, 17(3), 282-283

42. Murzin A.G., Brenner S.E., Hubbard Т., Chothia C. (1995) "SCOP: a structural classification of proteins database for the investigation of sequences and structures." J Mol Biol, 247(4), 536-540

43. Lo Conte L., Brenner S.E., Hubbard T.J., Chothia C., Murzin A.G. (2002) "SCOP database in 2002: refinements accommodate structural genomics." Nucleic Acids Res, 30(1), 264-267

44. Orengo C.A., Michie A.D., Jones S., Jones D.T., Swindells M.B., Thornton J.M. (1997) "CATH~a hierarchic classification of protein domain structures." Structure, 5(8), 1093-1108

45. Bateman A., Coin L., Durbin R., Finn R.D., Hollich V., Griffiths-Jones S., Khanna A., Marshall M., Moxon S., Sonnhammer E.L., Studholme D.J., Yeats C., Eddy S.R. (2004) "The Pfam protein families database." Nucleic Acids Res, 32, D138-D141

46. Rawlings N.D., Barrett A.J. (1995) "Evolutionary families of metallopeptidases." Methods Enzymol, 248,183-228

47. Rawlings N.D., Morton F.R., Barrett A.J. (2006) "MEROPS: the peptidase database." Nucleic Acids Res, 34, D270-D272

48. Davies G., Henrissat B. (1995) "Structures and mechanisms of glycosyl hydrolases." Structure, 3(9), 853-859

49. Porter C.T., Bartlett G.J., Thornton J.M. (2004) "The Catalytic Site Atlas: a resource of catalytic sites and residues identified in enzymes using structural data." Nucleic Acids Res, 32, D129-D133

50. Holliday G.L., Bartlett G.J., Almonacid D.E., O'boyle N.M., Murray-Rust P., Thornton J.M., Mitchell J.B. (2005) "MACiE: a database of enzyme reaction mechanisms." Bioinformatics, 21(23), 4315-4316

51. Nagano N. (2005) "EzCatDB: the Enzyme Catalytic-mechanism Database." Nucleic Acids Res, 33, D407-D412

52. Pegg S.C., Brown S., Ojha S., Huang C.C., Ferrin Т.Е., Babbitt P.C. (2005) "Representing structure-function relationships in mechanistically diverse enzyme superfamilies." Рас Symp Biocomput,, 358-369

53. Schneider R., Sander C. (1996) "The HSSP database of protein structure-sequence alignments." Nucleic Acids Res, 24(1), 201-205

54. McLachlan A.D. (1971) "Tests for comparing related amino-acid sequences. Cytochrome с and cytochrome с 551 ." JMol Biol, 61(2), 409-424

55. Torrance J.W., Bartlett G.J., Porter C.T., Thornton J.M. (2005) "Using a Library of Structural Templates to Recognise Catalytic Sites and Explore their Evolution in Homologous Families." JMol Biol, 347(3), 565-581

56. Russell R.B. (1998) "Detection of protein three-dimensional side-chain patterns: new examples of convergent evolution." JMol Biol, 279(5), 1211-1227 "

57. Dodson G., Wlodawer A. (1998) "Catalytic triads and their relatives." Trends Biochem Sci, 23(9), 347-352

58. Borkakoti N. (1983) "The active site of ribonuclease A from the crystallographic studies of ribonuclease-A-inhibitor complexes." Eur J Biochem, 132(1), 89-94

59. James M.N., Hsu I.N., Delbaere L.T. (1977) "Mechanism of acid protease catalysis based on the crystal structure of penicillopepsin." Nature, 267(5614), 808-813

60. Loll P.J., Lattman E.E. (1989) "The crystal structure of the ternary complex of staphylococcal nuclease, Ca2+, and the inhibitor pdTp, refined at 1.65 A." Proteins, 5(3), 183-201

61. Falquet L., Pagni M., Bucher P., Hulo N., Sigrist C.J., Hofmann K., Bairoch A.2002) "The PROSITE database, its status in 2002." Nucleic Acids Res, 30(1), 235238

62. Varfolomeev S.D., Uporov I.V., Fedorov E.V. (2002) "Bioinformatics and molecular modeling in chemical enzymology. Active sites of hydrolases." Biochemistry (Mosc), 67(10), 1099-1108

63. Варфоломеев С.Д., Пожитков A.E. (2000) "Активные центры гидролаз: основные типы структур и механизм катализа" Вести Моек Ун-та Серия Химия, 41(3), 147-156

64. Varfolomeev S.D., Gurevich K.G. (2001) "Enzyme active sites: bioinformatics, architecture, and mechanism of action" Russian Chemical Bulletin, 50(10), 17091717

65. Kouranov A., Xie L., de la Cruz J., Chen L., Westbrook J., Bourne P.E., Berman H.M. (2006) "The RCSB PDB information portal for structural genomics." Nucleic Acids Res, 34, D302-D305

66. Raaijmakers H., Того I., Birkenbihl R., Kemper В., Suck D. (2001) "Conformational flexibility in T4 endonuclease VII revealed by crystallography: implications for substrate binding and cleavage." JMol Biol, 308(2), 311-323

67. Rould M.A., Perona J.J., Steitz T.A. (1991) "Structural basis of anticodon loop ® recognition by glutaminyl-tRNA synthetase." Nature, 352(6332), 213-218

68. Najmanovich R.J., Torrance J.W., Thornton J.M. (2005) "Prediction of protein function from structure: insights from methods for the detection of local structural similarities." Biotechniques, 38(6), 847, 849, 851

69. Cornish-Bowden A. J., Knowles J.R. (1969) "The pH-dependence of pepsin-catalysed reactions." BiochemJ, 113(2), 353-362

70. Cornish-Bowden A.J., Greenwell P., Knowles J.R. (1969) "The rate-determining step in pepsin-catalysed reactions, and evidence against an acyl-enzyme intermediate." Biochem J, 113(2), 369-375

71. Lundblad R.L., Stein W.H. (1969) "On the reaction of diazoacetyl compounds with pepsin." J Biol Chem, 244(1), 154-160

72. Bayliss R.S., Knowles J.R., Wybrandt G.B. (1969) "An aspartic acid residue at the active site of pepsin. The isolation and sequence of the heptapeptide." Biochem J, 113(2), 377-386

73. Rodriguez E.J., Angeles T.S./Meek T.D. (1993) "Use of nitrogen-15 kinetic isotope effects to elucidate details of the chemical mechanism of human immunodeficiency virus 1 protease." Biochemistry, 32(46), 12380-12385

74. Schulein M. (2000) "Protein engineering of cellulases." Biochim Biophys Acta, 1543(2), 239-252

75. Houston D.R., Eggleston I., Synstad В., Eijsink V.G., van Aalten D.M. (2002) "The cyclic dipeptide CI-4 cyclo-(l-Arg-d-Pro). inhibits family 18 chitinases by structural mimicry of a reaction intermediate." Biochem J, 368(1), 23-27

76. Vallee F., Karaveg K., Herscovics A., Moremen K.W., Howell P.L. (2000) "Structural basis for catalysis and inhibition of N-glycan processing class I alpha 1,2-mannosidases." J Biol Chem, 275(52), 41287-41298

77. Xu M., Arulandu A., Struck D.K., Swanson S., Sacchettini J.C., Young R. (2005) "Disulfide isomerization after membrane release of its SAR domain activates PI lysozyme." Science, 307(5706), 113-117

78. Hardy L.W., Poteete A.R. (1991) "Reexamination of the role of Asp20 in catalysis by bacteriophage T4 lysozyme." Biochemistry, 30(39), 9457-9463

79. Verschueren K.H., Seljee F., Rozeboom H.J., Kalk K.H., Dijkstra B.W. (1993) "Crystallographic analysis of the catalytic mechanism ofhaloalkane dehalogenase." Nature, 363(6431), 693-698

80. Argiriadi M.A., Morisseau C., Hammock B.D., Christianson D.W. (1999) "Detoxification of environmental mutagens and carcinogens: structure, mechanism, and evolution of liver epoxide hydrolase." Proc Natl Acad Sci USA, 96(19), 10637-10642

81. Gomez G.A., Morisseau C., Hammock B.D., Christianson D.W. (2004) "Structure of human epoxide hydrolase reveals mechanistic inferences on bifunctional catalysis in epoxide and phosphate ester hydrolysis." Biochemistry, 43(16), 47164723

82. Li Y.F., Hata Y., Fujii Т., Hisano Т., Nishihara M., Kurihara Т., Esaki N. (1998) "Crystal structures of reaction intermediates of L-2-haloacid dehalogenase and implications for the reaction mechanism." J Biol Chem, 273(24), 15035-15044

83. Ridder I.S., Rozeboom H.J., Kalk K.H., Janssen D.B., Dijkstra B.W. (1997) "Three-dimensional structure of L-2-haloacid dehalogenase from Xanthobacter autotrophicus GJ10 complexed with the substrate-analogue formate." J Biol Chem, 272(52), 33015-33022

84. Ridder I.S., Rozeboom H.J., Kalk K.H., Dijkstra B.W. (1999) "Crystal structures of intermediates in the dehalogenation of haloalkanoates by L-2-haloacid dehalogenase." J Biol Chem, 274(43), 30672-30678

85. Vernet Т., Tessier D.C., Chatellier J., Plouflfe C., Lee T.S., Thomas D.Y., Storer A.C., Menard R. (1995) "Structural and functional roles of asparagine 175 in the cysteine protease papain." J Biol Chem, 270(28), 16645-16652

86. Ivanoff L.A., Towatari Т., Ray J., Korant B.D., Petteway SR J.r. (1986) "Expression and site-specific mutagenesis of the poliovirus 3C protease in Escherichia coli." Proc Natl Acad Sci USA, 83(15), 5392-5396

87. Suresh C.G., Pundle A.V., SivaRaman H., Rao K.N., Brannigan J.A., McVey C.E., Verma C.S., Dauter Z., Dodson E.J., Dodson G.G. (1999) "Penicillin V acylase crystal structure reveals new Ntn-hydrolase family members." Nat Struct Biol, 6(5), 414-416

88. Fuentes-Prior P., Salvesen G.S. (2004) "The protein structures that shape caspase activity, specificity, activation and inhibition." Biochem J, 384(2), 201-232

89. Romanowski M.J., Scheer J.M., O'Brien Т., McDowell R.S. (2004) "Crystal structures of a ligand-free and malonate-bound human caspase-1: implications for the mechanism of substrate binding." Structure (Camb), 12(8), 1361-1371

90. Das K., Butler G.H., Kwiatkowski V., Clark AD J.r., Yadav P., Arnold E. (2004) "Crystal structures of arginine deiminase with covalent reaction intermediates; implications for catalytic mechanism." Structure (Camb), 12(4), 657-667

91. Fauman E.B., Saper M.A. (1996) "Structure and function of the protein tyrosine phosphatases." Trends Biochem Sci, 21(11), 413-417

92. Pannifer A.D., Flint A. J., Tonks N.K., Barford D. (1998) "Visualization of the cysteinyl-phosphate intermediate of a protein-tyro sine phosphatase by x-ray crystallography." J Biol Chem, 273(17), 10454-10462

93. Barford D., Das A.K., Egloff M.P. (1998) "The structure and mechanism of protein phosphatases: insights into catalysis and regulation." Annu Rev Biophys Biomol Struct, 27,133-164

94. Расе Н.С., Brenner С. (2001) "The nitrilase superfamily: classification, structure and function." Genome Biol, 2(1), REVIEWS0001

95. Brenner C. (2002) "Catalysis in the nitrilase superfamily." Curr Opin Struct Biol, 12(6), 775-782

96. Deshpande R.A., Shankar V. (2002) "Ribonucleases from T2 family." Crit Rev Microbiol, 28(2), 79-122

97. Li H., Trotta C.R., Abelson J. (1998) "Crystal structure and evolution of a transfer RNA splicing enzyme." Science, 280(5361), 279-284

98. Li H., Abelson J. (2000) "Crystal structure of a dimeric archaeal splicing endonuclease." JMol Biol, 302(3), 639-648

99. Hofmann A., Zdanov A., Genschik P., Ruvinov S., Filipowicz W., Wlodawer A. (2000) "Structure and mechanism of activity of the cyclic phosphodiesterase of Appr>p, a product of the tRNA splicing reaction." EMBOJ, 19(22), 6207-6217

100. Hofmann A., Grella M., Botos I., Filipowicz W., Wlodawer A. (2002) "Crystal structures of the semireduced and inhibitor-bound forms of cyclic nucleotide phosphodiesterase from Arabidopsis thaliana." J Biol Chem, 277(2), 1419-1425

101. Sakamoto Y., Tanaka N., Ichimiya Т., Kurihara Т., Nakamura K.T. (2005) "Crystal structure of the catalytic fragment of human brain 2',3'-cyclic-nucleotide 3'-phosphodiesterase." J Mol Biol, 346(3), 789-800

102. Robinson V.L., Stock A.M. (1999) "High energy exchange: proteins that make or break phosphoramidate bonds." Structure FoldDes, 7(3), R47-R53

103. Oh B.C., Choi W.C., Park S., Kim Y.O., Oh Т.К. (2004) "Biochemical properties and substrate specificities of alkaline and histidine acid phytases." Appl Microbiol Biotechnol, 63(4), 362-372

104. Leiros I., Secundo F., Zambonelli C., Servi S., Hough E. (2000) "The first crystal structure of a phospholipase D." Structure FoldDes, 8(6), 655-667

105. Lee D.C., Cottrill M.A., Forsberg C.W., Jia Z. (2003) "Functional insights revealed by the crystal structures of Escherichia coli glucose-1-phosphatase." J Biol Chem, 278(33), 31412-31418

106. Peracchi A. (2001) "Enzyme catalysis: removing chemically 'essential' residues by site-directed mutagenesis." Trends Biochem Sci, 26(8), 497-503

107. Gardell S.J., Craik C.S., Hilvert D., Urdea M.S., Rutter W.J. (1985) "Site-directed mutagenesis shows that tyrosine 248 of carboxypeptidase A does not play a crucial role in catalysis." Nature, 317(6037), 551-555

108. Stec В., Holtz K.M., Kantrowitz E.R. (2000) "A revised mechanism for the alkaline phosphatase reaction involving three metal ions." JMol Biol, 299(5), 1303-1311

109. Romier C., Dominguez R., Lahm A., Dahl O., Suck D. (1998) "Recognition of single-stranded DNA by nuclease PI: high resolution crystal structures of complexes with substrate analogs." Proteins, 32(4), 414-424

110. Collet J.F., Stroobant V., Pirard M., Delpierre G., Van Schaftingen E. (1998) "A new class of phosphotransferases phosphorylated on an aspartate residue in an amino-terminal DXDX(T/V) motif." JBiol Chem, 273(23), 14107-14112

111. Braig K., Menz R.I., Montgomery M.G., Leslie A.G., Walker J.E. (2000) "Structure of bovine mitochondrial F(l)-ATPase inhibited by Mg(2+) ADP and aluminium fluoride." Structure Fold Des, 8(6), 567-573

112. Bianchet M.A., Hullihen J., Pedersen P.L., Amzel L.M. (1998) "The 2.8-A , structure of rat liver Fl-ATPase: configuration of a critical intermediate in ATP synthesis/hydrolysis." Proc Natl Acad Sci USA, 95(19), 11065-11070

113. Callaghan A.J., Marcaida M.J., Stead J.A., McDowall K.J., Scott W.G., Luisi B.F. (2005) "Structure of Escherichia coli RNase E catalytic domain and implications for RNA turnover." Nature, 437(7062), 1187-1191

114. Haruki M., Tsunaka Y., Morikawa M., Iwai S., Kanaya S. (2000) "Catalysis by Escherichia coli ribonuclease HI is facilitated by a phosphate group of the substrate." Biochemistry, 39(45), 13939-13944

115. Lai В., Li Y., Cao A., Lai L. (2003) "Metal ion binding and enzymatic mechanism of Methanococcus jannaschii RNase HII." Biochemistry, 42(3), 785-791

116. Pingoud A., Fuxreiter M., Pingoud V., Wende W. (2005) "Type II restriction endonucleases: structure and mechanism." Cell Mol Life Sci, 62(6), 685-707

117. Galburt E.A., Stoddard B.L. (2002) "Catalytic mechanisms of restriction and homing endonucleases." Biochemistry, 41(47), 13851-13860

118. Jeltsch A., Alves J., Wolfes H., Maass G., Pingoud A. (1993) "Substrate-assisted catalysis in the cleavage of DNA by the EcoRI and EcoRV restriction enzymes." Proc Natl Acad Sci USA, 90(18), 8499-8503

119. Kostrewa D., Winkler F.K. (1995) "Mg2+ binding to the active site of EcoRV endonuclease: a crystallographic study of complexes with substrate and product DNA at 2 A resolution." Biochemistry, 34(2), 683-696

120. Avaeva S.M. (2000) "Active site interactions in oligomeric structures of inorganic pyrophosphatases." Biochemistry (Mosc), 65(3), 361-372

121. Dessen A. (2000) "Phospholipase A(2) enzymes: structural diversity in lipid messenger metabolism." Structure Fold Des, 8(2), R15-R22

122. Huai Q., Colicelli J., Ke H. (2003) "The crystal structure of AMP-bound PDE4 suggests a mechanism for phosphodiesterase catalysis." Biochemistry, 42(45), 13220-13226

123. Klabunde Т., Strater N., Krebs В., Witzel H. (1995) "Structural relationship between the mammalian Fe(III)-Fe(II) and the Fe(III)-Zn(II) plant purple acid phosphatases." FEBS Lett, 367(1), 56-60

124. Reiter T.A., Abraham R.T., Choi M., Rusnak F. (1999) "Redox regulation of calcineurin in T-lymphocytes." J Biol Inorg Chem, 4(5), 632-644

125. Kimura E. (2000) "Dimetallic hydrolases and their models." Curr Opin Chem Biol, 4(2), 207-213

126. Cohen P.T. (1997) "Novel protein serine/threonine phosphatases: variety is the spice of life." Trends Biochem Sci, 22(7), 245-251

127. Barford D. (1996) "Molecular mechanisms of the protein serine/threonine phosphatases." Trends Biochem Sci, 21(11), 407-412

128. Gilboa R., Zharkov D.O., Golan G., Fernandes A.S., Gerchman S.E., Matz E., Kycia J.H., Grollman A.P., Shoham G. (2002) "Structure of formamidopyrimidine-DNA glycosylase covalently complexed to DNA." J Biol Chem, 277(22), 1981119816

129. Serre L., Pereira de Jesus K., Boiteux S., Zelwer C., Castaing B. (2002) "Crystal structure of the Lactococcus lactis formamidopyrimidine-DNA glycosylase bound to an abasic site analogue-containing DNA." EMBO J, 21(12), 2854-2865

130. Wei Y., Schottel J.L., Derewenda U., Swenson L., Patkar S., Derewenda Z.S. (1995) "A novel variant of the catalytic triad in the Streptomyces scabies esterase." Nat Struct Biol, 2(3), 218-223

131. Reiser J.B., Teyton L., Wilson I.A. (2004) "Crystal structure of the Drosophila peptidoglycan recognition protein (PGRP)-SA at 1.56 A resolution." J Mol Biol, 340(4), 909-917

132. Heikinheimo P., Goldman A., Jeffries C., Ollis D.L. (1999) "Of barn owls and bankers: a lush variety of alpha/beta hydrolases." Structure Fold Des, 7(6), R141-R146

133. Blow D.M. (1997) "The tortuous story of Asp . His . Ser: structural analysis of alpha-chymotrypsin." Trends Biochem Sci, 22(10), 405-408

134. Qiu X., Janson C.A., Culp J.S., Richardson S.B., Debouck C., Smith W.W., Abdel-Meguid S.S. (1997) "Crystal structure of varicella-zoster virus protease." Proc Natl Acad Sci USA, 94(7), 2874-2879

135. Brandstetter H., Kim J.S., Groll M., Huber R. (2001) "Crystal structure of the tricorn protease reveals a protein disassembly line." Nature, 414(6862), 466-470

136. Paetzel M., Dalbey R.E. (1997) "Catalytic hydroxyl/amine dyads within serine proteases." Trends Biochem Sci, 22(1), 28-31

137. Kang M.S., Lim B.K., Seong I.S., Seol J.H., Tanahashi N., Tanaka K., Chung C.H. (2001) "The ATP-dependent CodWX (HslVU) protease in Bacillus subtilis is an N-terminal serine protease." EMBO J, 20(4), 734-742

138. Duggleby H.J., Tolley S.P., Hill C.P., Dodson E.J., Dodson G., Moody P.C. (1995) "Penicillin acylase has a single-amino-acid catalytic centre." Nature, 373(6511), 264-268

139. Hendrixson D.R., Qiu J., Shewry S.C., Fink D.L., Petty S., Baker E.N., Plaut A.G., St Geme JW 3.r.d. (2003) "Human milk lactoferrin is a serine protease that cleaves Haemophilus surface proteins at arginine-rich sites." Mol Microbiol, 47(3), 607617

140. Paetzel M., Dalbey R.E., Strynadka N.C. (1998) "Crystal structure of a bacterial signal peptidase in complex with a beta-lactam inhibitor." Nature, 396(6707), 186190

141. Goldberg S.D., Iannuccilli W., Nguyen Т., Ju J., Cornish V.W. (2003) "Identification of residues critical for catalysis in a class С beta-lactamase by combinatorial scanning mutagenesis." Protein Sci, 12(8), 1633-1645

142. Beadle B.M., Trehan I., Focia P.J., Shoichet B.K. (2002) "Structural milestones in the reaction pathway of an amide hydrolase: substrate, acyl, and product complexes of cephalothin with AmpC beta-lactamase." Structure (Camb), 10(3), 413-424

143. Patricelli M.P., Cravatt B.F. (2000) "Clarifying the catalytic roles of conserved residues in the amidase signature family." JBiol Chem, 275(25), 19177-19184

144. Labahn J., Neumann S., Buldt G., Kula M.R., Granzin J. (2002) "An alternative mechanism for amidase signature enzymes." JMol Biol, 322(5), 1053-1064

145. Bracey M.H., Hanson M.A., Masuda K.R., Stevens R.C., Cravatt B.F. (2002) "Structural adaptations in a membrane enzyme that terminates endocannabinoid signaling." Science, 298(5599), 1793-1796

146. Nukaga M., Mayama K., Hujer A.M., Bonomo R.A., Knox J.R. (2003) "Ultrahigh resolution structure of a class A beta-lactamase: on the mechanism and specificity of the extended-spectrum SHV-2 enzyme." JMol Biol, 328(1), 289-301

147. Goffin C., Ghuysen J.M. (1998) "Multimodular penicillin-binding proteins: an enigmatic family of orthologs and paralogs." Microbiol Mol Biol Rev, 62(4), 10791093

148. Maveyraud L., Pratt R.F., Samama J.P. (1998) "Crystal structure of an acylation transition-state analog of the TEM-1 beta-lactamase. Mechanistic implications for class A beta-lactamases." Biochemistry, 37(8), 2622-2628

149. Wlodawer A., Li M., Dauter Z., Gustchina A., Uchida K., Oyama H., Dunn B.M., Oda K. (2001) "Carboxyl proteinase from Pseudomonas defines a novel family of subtilisin-like enzymes." Nat Struct Biol, 8(5), 442-446

150. Comellas-Bigler M., Fuentes-Prior P., Maskos K., Huber R., Oyama H., Uchida K., Dunn B.M., Oda K., Bode W. (2002) "The 1.4 a crystal structure of kumamolysin: a thermostable serine-carboxyl-type proteinase." Structure (Camb), 10(6), 865-876

151. Comellas-Bigler M., Maskos K., Huber R., Oyama H., Oda K., Bode W. (2004) "1.2 A crystal structure of the serine carboxyl proteinase pro-kumamolisin; structure of an intact pro-subtilase." Structure (Camb), 12(7), 1313-1323

152. Swain A.L., Jaskolski M., Housset D., Rao J.K., Wlodawer A. (1993) "Crystal structure of Escherichia coli L-asparaginase, an enzyme used in cancer therapy." Proc Natl Acad Sci USA, 90(4), 1474-1478

153. Derst C., Wehner A., Specht V., Rohm K.H. (1994) "States and functions of tyrosine residues in Escherichia coli asparaginase II." Eur JBiochem, 224(2), 533540

154. Palm G.J., Lubkowski J., Derst C., Schleper S., Rohm K.H., Wlodawer A. (1996) "A covalently bound catalytic intermediate in Escherichia coli asparaginase: crystal structure of a Thr-89-Val mutant." FEBS Lett, 390(2), 211-216

155. Borek D., Jaskolski M. (2001) "Sequence analysis of enzymes with asparaginase activity." Acta Biochim Pol, 48(4), 893-902

156. Groll M., Brandstetter H., Bartunik H., Bourenkow G., Huber R. (2003) "Investigations on the maturation and regulation of archaebacterial proteasomes." J Mol Biol, 327(1), 75-83

157. Unno M., Mizushima Т., Morimoto Y., Tomisugi Y., Tanaka K., Yasuoka N., Tsukihara T. (2002) "The structure of the mammalian 20S proteasome at 2.75 A resolution." Structure (Camb), 10(5), 609-618

158. Yoo S.J., Shim Y.K., Seong I.S., Seol J.H., Kang M.S., Chung C.H. (1997) "Mutagenesis of two N-terminal Thr and five Ser residues in HslV, the proteolytic component of the ATP-dependent HslVU protease." FEBSLett, 412(1), 57-60

159. Tikkanen R., Riikonen A., Oinonen C., Rouvinen R., Peltonen L. (1996) "Functional analyses of active site residues of human lysosomal aspartylglucosaminidase: implications for catalytic mechanism and autocatalytic activation." EMBOJ, 15(12), 2954-2960

160. Xu Q., Buckley D., Guan C., Guo H.C. (1999) "Structural insights into the mechanism of intramolecular proteolysis." Cell, 98(5), 651-661

161. Colman P.M., Smith B.J. (2002) "The trypanosomal trans-sialidase: two catalytic functions associated with one catalytic site." Structure (Camb), 10(11), 1466-1468

162. Achyuthan K.E., Achyuthan A.M. (2001) "Comparative enzymology, biochemistry and pathophysiology of human exo-alpha-sialidases (neuraminidases)." Comp Biochem Physiol В Biochem Mol Biol, 129(1), 29-64

163. Taylor G. (1996) "Sialidases: structures, biological significance and therapeutic potential." Curr Opin Struct Biol, 6(6), 830-837

164. Thunnissen M.M., Taddei N., Liguri G., Ramponi G., Nordlund P. (1997) "Crystal structure of common type acylphosphatase from bovine testis." Structure, 5(1), 6979

165. Tesmer J.J., Berman D.M., Gilman A.G., Sprang S.R. (1997) "Structure of RGS4 bound to AlF4~activated G(i alpha 1): stabilization of the transition state for GTP hydrolysis." Cell, 89(2), 251-261

166. Wall M.A., Coleman D.E., Lee E., Iniguez-Lluhi J.A., Posner B.A., Gilman A.G., Sprang S.R. (1995) "The structure of the G protein heterotrimer Gi alpha 1 beta 1 gamma 2." Cell, 83(6), 1047-1058

167. Coleman D.E., Berghuis A.M., Lee E., Linder M.E., Gilman A.G., Sprang S.R. (1994) "Structures of active conformations of Gi alpha 1 and the mechanism of GTP hydrolysis." Science, 265(5177), 1405-1412

168. Dutnall R.N., Pillus L. (2001) "Deciphering NAD-dependent deacetylases." Cell, 105(2), 161-164

169. Chang J.H., Kim H.C., Hwang K.Y., Lee J.W., Jackson S.P., Bell S.D., Cho Y. (2002) "Structural basis for the NAD-dependent deacetylase mechanism of Sir2." J Biol Chem, 277(37), 34489-34498

170. Zhao K., Chai X., Marmorstein R. (2003) "Structure of the yeast Hst2 protein deacetylase in ternary complex with 2'-0-acetyl ADP ribose and histone peptide." Structure (Camb), 11(11), 1403-1411

171. Avalos J.L., Bever K.M., Wolberger C. (2005) "Mechanism of sirtuin inhibition by nicotinamide: altering the NAD(+) cosubstrate specificity of a Sir2 enzyme." Mol Cell, 17(6), 855-868

172. Hu Y., Komoto J., Huang Y., Gomi Т., Ogawa H., Takata Y., Fujioka M., Takusagawa F. (1999) "Crystal structure of S-adenosylhomocysteine hydrolase from rat liver." Biochemistry, 38(26), 8323-8333

173. Lodge J.A., Maier Т., Liebl W., Hoffmann V., Strater N. (2003) "Crystal structure of Thermotoga maritima alpha-glucosidase AglA defines a new clan of NAD+-dependent glycosidases." J Biol Chem, 278(21), 19151-19158