Allostery exploits the conformational dynamics of enzymes by triggering a shift in population ensembles toward functionally distinct conformational or dynamic states. Allostery extensively regulates the activities of key enzymes within biosynthetic pathways to meet metabolic demand for their end products. Here, we have examined a critical enzyme, 3-deoxy-d-arabino-heptulosonate 7-phosphate synthase (DAH7PS), at the gateway to aromatic amino acid biosynthesis in Mycobacterium tuberculosis, which shows extremely complex dynamic allostery: three distinct aromatic amino acids jointly communicate occupancy to the active site via subtle changes in dynamics, enabling exquisite fine-tuning of delivery of these essential metabolites. Furthermore, this allosteric mechanism is co-opted by pathway branchpoint enzyme chorismate mutase upon complex formation. In this study, using statistical coupling analysis, site-directed mutagenesis, isothermal calorimetry, small-angle X-ray scattering, and X-ray crystallography analyses, we have pinpointed a critical node within the complex dynamic communication network responsible for this sophisticated allosteric machinery. Through a facile Gly to Pro substitution, we have altered backbone dynamics, completely severing the allosteric signal yet remarkably, generating a nonallosteric enzyme that retains full catalytic activity. We also identified a second residue of prime importance to the inter-enzyme communication with chorismate mutase. Our results reveal that highly complex dynamic allostery is surprisingly vulnerable and provide further insights into the intimate link between catalysis and allostery.

中文翻译：

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单个氨基酸取代可解除结核分枝杆菌中必不可少的生物合成酶中的催化作用和变构作用。

变构通过触发群体聚集向功能上不同的构象或动态状态转变来利用酶的构象动力学。别构物广泛调节生物合成途径中关键酶的活性，以满足其终产物的代谢需求。在这里，我们检查了一种关键酶，即3-脱氧-d-阿拉伯糖-庚酸七磷酸合酶（DAH7PS），它位于结核分枝杆菌中芳香族氨基酸生物合成的通道上，这显示出极其复杂的动态别构：三个不同的芳香族氨基酸通过动态的细微变化共同将占用情况传达给活动地点，从而使这些必需代谢物的传递得以精确调节。此外，在构象形成时，这种变构机制被途径分支点酶分支分支酸突变酶所选择。在这项研究中，使用统计耦合分析，定点诱变，等温量热，小角度X射线散射和X射线晶体学分析，我们在复杂的动态通讯网络中找到了一个负责此复杂变构机制的关键节点。 。通过简便的从Gly到Pro的取代，我们改变了骨架的动力学，完全切断了变构信号，但显着地产生了保留完全催化活性的非变构酶。我们还确定了第二个残基，该残基对于与分支酸突变酶之间的酶间通信至关重要。我们的结果表明，高度复杂的动态变构非常容易受到攻击，并为催化和变构之间的紧密联系提供了进一步的见解。通过定点诱变，等温量热，小角度X射线散射和X射线晶体学分析，我们已经找到了负责复杂复杂变构机制的复杂动态通信网络中的关键节点。通过简便的从Gly到Pro的取代，我们改变了骨架的动力学，完全切断了变构信号，但显着地产生了保留完全催化活性的非变构酶。我们还确定了第二个残基，该残基对于与分支酸突变酶之间的酶间通信至关重要。我们的结果表明，高度复杂的动态变构非常容易受到攻击，并为催化和变构之间的紧密联系提供了进一步的见解。通过定点诱变，等温量热，小角度X射线散射和X射线晶体学分析，我们已经找到了负责复杂复杂变构机制的复杂动态通信网络中的关键节点。通过简便的从Gly到Pro的取代，我们改变了主链动力学，完全切断了变构信号，但显着地产生了保留完全催化活性的非变构酶。我们还确定了第二个残基，该残基对于与分支酸突变酶之间的酶间通信至关重要。我们的结果表明，高度复杂的动态变构非常容易受到攻击，并为催化和变构之间的紧密联系提供了进一步的见解。我们已经在复杂的动态通信网络中找到了一个关键节点，负责这个复杂的变构机制。通过简便的从Gly到Pro的取代，我们改变了骨架的动力学，完全切断了变构信号，但显着地产生了保留完全催化活性的非变构酶。我们还确定了第二个残基，该残基对于与分支酸突变酶之间的酶间通信至关重要。我们的结果表明，高度复杂的动态变构非常容易受到攻击，并为催化和变构之间的紧密联系提供了进一步的见解。我们已经在复杂的动态通信网络中找到了一个关键节点，负责这个复杂的变构机制。通过简便的从Gly到Pro的取代，我们改变了骨架的动力学，完全切断了变构信号，但显着地产生了保留完全催化活性的非变构酶。我们还确定了第二个残基，该残基对于与分支酸突变酶之间的酶间通信至关重要。我们的结果表明，高度复杂的动态变构非常容易受到攻击，并为催化和变构之间的紧密联系提供了进一步的见解。完全切断了变构信号，但仍然非常明显，产生了一种非变构酶，可以保留全部催化活性。我们还确定了第二个残基，该残基对于与分支酸突变酶之间的酶间通信至关重要。我们的结果表明，高度复杂的动态变构非常容易受到攻击，并为催化和变构之间的紧密联系提供了进一步的见解。完全切断了变构信号，但仍然非常明显，产生了一种非变构酶，可以保留全部催化活性。我们还确定了第二个残基，该残基对于与分支酸突变酶之间的酶间通信至关重要。我们的结果表明，高度复杂的动态变构非常容易受到攻击，并为催化和变构之间的紧密联系提供了进一步的见解。