Reaktion von UDP-Apiose/UDP-Xylose-Synthase mit isotopenmarkierten Substraten: Hinweise auf einen Mechanismus mit gekoppelter Oxidation und Aldolspaltung

Der C-verzweigte Zucker d-Apiose (Api) ist essenziell fur die Entwicklung der pflanzlichen Zellwand. Eine enzymkatalysierte Decarboxylierungs-Pyranosidringkontraktions-Reaktion fuhrt von UDP-α-d-Glucuronsaure (UDP-GlcA) zur Api-Vorstufe UDP-α-d-Apiose (UDP-Api). Der Mechanismus von UDP-Api/UDP-α-d-Xylose-Synthase (UAXS) wurde mittels ortsspezifisch 2H-markierter sowie desoxygenierter Substrate untersucht. Aus dem Analogon UDP-2-Desoxy-GlcA, das die C-2/C-3-Aldolspaltung als den wahrscheinlichen Schritt zur Einleitung der Pyranosid-zu-Furanosid-Umwandlung verhindert, bildete sich kein entsprechendes Api-Produkt. Die kinetischen Isotopeneffekte stutzen einen UAXS-Mechanismus, in dem die Substratoxidation durch Enzym-NAD+ und die Retroaldol-Zuckerringoffnung gekoppelt in einem einzelnen geschwindigkeitsbestimmenden Schritt auftreten, der zur Decarboxylierung fuhrt. Eine Neuanordnung und ringkontrahierende Aldoladdition in einem offenkettigen Zwischenprodukt ergeben dann UDP-Api-Aldehyd, der durch Enzym-NADH reduziert wird.