The mechanism of cellulose hydrolysis by a two-step, retaining cellobiohydrolase elucidated by structural and transition path sampling studies

Journal of the American Chemical Society

Volumn 136, Issue 1, 2014, Pages 321-329

  Knott, Brandon C ^a   Haddad Momeni, Majid ^b   Crowley, Michael F ^a   MacKenzie, Lloyd F ^c,e   Götz, Andreas W ^d   Sandgren, Mats ^b   Withers, Stephen G ^c   Staìšhlberg, Jerry ^b   Beckham, Gregg T ^a  

^a NATIONAL RENEWABLE ENERGY LABORATORY   (United States)

^b SWEDISH UNIVERSITY OF AGRICULTURAL SCIENCES   (Sweden)

^c UNIVERSITY OF BRITISH COLUMBIA   (Canada)

^d UNIVERSITY OF CALIFORNIA   (United States)

^e Aquinox Pharmaceuticals Inc   (Canada)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

CELLOBIOHYDROLASE CEL7A; CELLULOSE HYDROLYSIS; CONFORMATIONAL CHANGE; GLYCOSIDE HYDROLASES; GLYCOSYL-ENZYME INTERMEDIATE; GLYCOSYLATION REACTIONS; HYDROLYTIC REACTIONS; TRANSITION PATH SAMPLING;

ESTERIFICATION; GLYCOSYLATION;

ENZYMES;

CELLULOSE; CELLULOSE 1,4 BETA CELLOBIOSIDASE;

ARTICLE; CONFORMATIONAL TRANSITION; DEGLYCOSYLATION; ENZYME ACTIVE SITE; ENZYME STRUCTURE; GLYCOSYLATION; HYDROLYSIS; HYPOCREA JECORINA; SAMPLING; TRANSITION PATH SAMPLING;

CATALYTIC DOMAIN; CELLULOSE; CELLULOSE 1,4-BETA-CELLOBIOSIDASE; CRYSTALLOGRAPHY, X-RAY; GLYCOSYLATION; HYDROLYSIS; MOLECULAR STRUCTURE; QUANTUM THEORY; THERMODYNAMICS;

EID: 84892174650     PISSN: 00027863     EISSN: 15205126     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/ja410291u     Document Type: Article

References (49)

1. Cantarel, B. L.; Coutinho, P. M.; Rancurel, C.; Bernard, T.; Lombard, V.; Henrissat, B. Nucleic Acids Res. 2009, 37, D233
2. Koshland, D. E. Biol. Rev. 1953, 28, 416
3. Sulzenbacher, G.; Schülein, M.; Davies, G. J. Biochemistry 1997, 36, 5902
4. Mackenzie, L. F.; Sulzenbacher, G.; Divne, C.; Jones, T. A.; Woldike, H. F.; Schülein, M.; Withers, S. G.; Davies, G. J. Biochem. J. 1998, 335, 409
5. Davies, G. J.; Mackenzie, L.; Varrot, A.; Dauter, M.; Brzozowski, A. M.; Schülein, M.; Withers, S. G. Biochemistry 1998, 37, 11707
6. Vocadlo, D. J.; Davies, G. J. Curr. Opin. Chem. Biol. 2008, 12, 539
7. Wolfenden, R.; Lu, X. D.; Young, G. J. Am. Chem. Soc. 1998, 120, 6814
8. Divne, C.; StaÌŠhlberg, J.; Reinikainen, T.; Ruohonen, L.; Pettersson, G.; Knowles, J. K. C.; Teeri, T. T.; Jones, T. A. Science 1994, 265, 524
9. Chundawat, S. P. S.; Beckham, G. T.; Himmel, M. E.; Dale, B. E. Annu. Rev. Chem. Biomol. Eng. 2011, 2, 121
10. Kleywegt, G. J.; Zou, J. Y.; Divne, C.; Davies, G. J.; Sinning, I.; StaÌŠhlberg, J.; Reinikainen, T.; Srisodsuk, M.; Teeri, T. T.; Jones, T. A. J. Mol. Biol. 1997, 272, 383
11. Ubhayasekera, W.; Munoz, I. G.; Vasella, A.; StaÌŠhlberg, J.; Mowbray, S. L. FEBS J. 2005, 272, 1952
12. Martinez, D.; Berka, R. M.; Henrissat, B.; Saloheimo, M.; Arvas, M.; Baker, S. E.; Chapman, J.; Chertkov, O.; Coutinho, P. M.; Cullen, D.; Danchin, E. G. J.; Grigoriev, I. V.; Harris, P.; Jackson, M.; Kubicek, C. P.; Han, C. S.; Ho, I.; Larrondo, L. F.; de Leon, A. L.; Magnuson, J. K.; Merino, S.; Misra, M.; Nelson, B.; Putnam, N.; Robbertse, B.; Salamov, A. A.; Schmoll, M.; Terry, A.; Thayer, N.; Westerholm-Parvinen, A.; Schoch, C. L.; Yao, J.; Barbote, R.; Nelson, M. A.; Detter, C.; Bruce, D.; Kuske, C. R.; Xie, G.; Richardson, P.; Rokhsar, D. S.; Lucas, S. M.; Rubin, E. M.; Dunn-Coleman, N.; Ward, M.; Brettin, T. S. Nat. Biotechnol. 2008, 26, 553
13. Divne, C.; StaÌŠhlberg, J.; Teeri, T. T.; Jones, T. A. J. Mol. Biol. 1998, 275, 309
14. Kern, M.; McGeehan, J. E.; Streeter, S. D.; Martin, R. N. A.; Besser, K.; Elias, L.; Eborall, W.; Malyon, G. P.; Payne, C. M.; Himmel, M. E.; Schnorr, K.; Beckham, G. T.; Cragg, S. M.; Bruce, N. C.; McQueen-Mason, S. J. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2013, 110, 10189
15. StaÌŠhlberg, J.; Divne, C.; Koivula, A.; Piens, K.; Claeyssens, M.; Teeri, T. T.; Jones, T. A. J. Mol. Biol. 1996, 264, 337
16. Parkkinen, T.; Koivula, A.; Vehmaanpera, J.; Rouvinen, J. Protein Sci. 2008, 17, 1383
17. Hanggi, P.; Talkner, P.; Borkovec, M. Rev. Mod. Phys. 1990, 62, 251
18. Tews, I.; Perrakis, A.; Oppenheim, A.; Dauter, Z.; Wilson, K. S.; Vorgias, C. E. Nat. Struct. Biol. 1996, 3, 638
19. Sulzenbacher, G.; Driguez, H.; Henrissat, B.; Schülein, M.; Davies, G. J. Biochemistry 1996, 35, 15280
20. Vocadlo, D. J.; Davies, G. J.; Laine, R.; Withers, S. G. Nature 2001, 412, 835
21. Guerin, D. M. A.; Lascombe, M. B.; Costabel, M.; Souchon, H.; Lamzin, V.; Beguin, P.; Alzari, P. M. J. Mol. Biol. 2002, 316, 1061
22. Liu, J. L.; Wang, X. M.; Xu, D. G. J. Phys. Chem. B 2010, 114, 1462
23. Petersen, L.; Ardevol, A.; Rovira, C.; Reilly, P. J. J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 8291
24. Barnett, C. B.; Wilkinson, K. A.; Naidoo, K. J. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 19474
25. Yan, S. H.; Li, T.; Yao, L. S. J. Phys. Chem. B 2011, 115, 4982
26. Ballard, A. J.; Dellago, C. J. Phys. Chem. B 2012, 116, 13490
27. Ma, A.; Dinner, A. R. J. Phys. Chem. B 2005, 109, 6769
28. Bolhuis, P. G.; Chandler, D.; Dellago, C.; Geissler, P. L. Annu. Rev. Phys. Chem. 2002, 53, 291
29. Peters, B. Mol. Simul. 2010, 36, 1265
30. Lee, S. J.; Altaner, C.; Puls, J.; Saake, B. Carbohydr. Polym. 2003, 54, 353
31. Mackenzie, L. F.; Wang, Q. P.; Warren, R. A. J.; Withers, S. G. J. Am. Chem. Soc. 1998, 120, 5583
32. Peters, B.; Zimmermann, N. E. R.; Beckham, G. T.; Tester, J. W.; Trout, B. L. J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 17342
33. Pan, A. C.; Chandler, D. J. Phys. Chem. B 2004, 108, 19681
34. Ford, L. O.; Machin, P. A.; Phillips, D. C.; Tjian, R.; Johnson, L. N. J. Mol. Biol. 1974, 88, 349
35. Cremer, D.; Pople, J. A. J. Am. Chem. Soc. 1975, 97, 1354
36. von Ossowski, I.; Stahlberg, J.; Koivula, A.; Piens, K.; Becker, D.; Boer, H.; Harle, R.; Harris, M.; Divne, C.; Mahdi, S.; Zhao, Y. X.; Driguez, H.; Claeyssens, M.; Sinnott, M. L.; Teeri, T. T. J. Mol. Biol. 2003, 333, 817
37. Torrie, G. M.; Valleau, J. P. J. Comput. Phys. 1977, 23, 187
38. van Aalten, D. M. F.; Komander, D.; Synstad, B.; Gaseidnes, S.; Peter, M. G.; Eijsink, V. G. H. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2001, 98, 8979
39. Hovel, K.; Shallom, D.; Niefind, K.; Belakhov, V.; Shoham, G.; Baasov, T.; Shoham, Y.; Schomburg, D. EMBO J. 2003, 22, 4922
40. Hehemann, J. H.; Smyth, L.; Yadav, A.; Vocadlo, D. J.; Boraston, A. B. J. Biol. Chem. 2012, 287, 13985
41. Davies, G. J.; Planas, A.; Rovira, C. Acc. Chem. Res. 2012, 45, 308
42. Biarnes, X.; Ardevol, A.; Planas, A.; Rovira, C.; Laio, A.; Parrinello, M. J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 10686
43. Rhee, Y. M.; Pande, V. S. Chem. Phys. 2006, 323, 66
44. Beckham, G. T.; Peters, B.; Starbuck, C.; Variankaval, N.; Trout, B. L. J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 4714
45. Quaytman, S. L.; Schwartz, S. D. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2007, 104, 12253
46. Li, J. H.; Du, L. K.; Wang, L. S. J. Phys. Chem. B 2010, 114, 15261
47. Igarashi, K.; Uchihashi, T.; Koivula, A.; Wada, M.; Kimura, S.; Okamoto, T.; Penttila, M.; Ando, T.; Samejima, M. Science 2011, 333, 1279
48. Becker, D.; Braet, C.; Brumer, H.; Claeyssens, M.; Divne, C.; Fagerstrom, B. R.; Harris, M.; Jones, T. A.; Kleywegt, G. J.; Koivula, A.; Mahdi, S.; Piens, K.; Sinnott, M. L.; StaÌŠhlberg, J.; Teeri, T. T.; Underwood, M.; Wohlfahrt, G. Biochem. J. 2001, 356, 19
49. Mackenzie, L. F.; Davies, G. J.; Schülein, M.; Withers, S. G. Biochemistry 1997, 36, 5893