Published August 27, 2018 | Version v1
Publication Open

Structural insights into betaine aldehyde dehydrogenase (BADH2) from Oryza sativa explored by modeling and simulations

  • 1. Kasetsart University
  • 2. United Arab Emirates University

Description

Betaine aldehyde dehydrogenase 2 (BADH2) plays a key role in the accumulation of 2-acetyl-1-pyrroline (2AP), a fragrant compound in rice (Oryza sativa). BADH2 catalyses the oxidation of aminoaldehydes to carboxylic acids. An inactive BADH2 is known to promote fragrance in rice. The 3D structure and atomic level protein-ligand interactions are currently unknown. Here, the 3D dimeric structure of BADH2 was modeled using homology modeling. Furthermore, two 0.5 µs simulations were performed to explore the nature of BADH2 dimer structurally and dynamically. Each monomer comprises of 3 domains (substrate-binding, NAD+-binding, and oligomerization domains). The NAD+-binding domain is the most mobile. A scissor-like motion was observed between the monomers. Inside the binding pocket, N162 and E260 are tethered by strong hydrogen bonds to residues in close proximity. In contrast, the catalytic C294 is very mobile and interacts occasionally with N162. The flexibility of the nucleophilic C294 could facilitate the attack of free carbonyl on an aldehyde substrate. Key inter-subunit salt bridges contributing to dimerization were also identified. E487, D491, E492, K498, and K502 were found to form strong salt bridges with charged residues on the adjacent monomer. Specifically, the nearly permanent R430-E487 hydrogen bond (>90%) highlights its key role in dimer association. Structural and dynamic insights of BADH2 obtained here could play a role in the improvement of rice fragrance, which could lead to an enhancement in rice quality and market price.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

يلعب نازعة هيدروجين ألدهيد البيتين 2 (BADH2) دورًا رئيسيًا في تراكم 2 -أسيتيل-1 -بيرولين (2AP)، وهو مركب عطري في الأرز (أوريزا ساتيفا). يحفز BADH2 أكسدة الأمينوالديهيدات إلى الأحماض الكربوكسيلية. من المعروف أن BADH2 غير النشط يعزز العطر في الأرز. البنية ثلاثية الأبعاد وتفاعلات البروتين والليغاند على المستوى الذري غير معروفة حاليًا. هنا، تم نمذجة البنية ثنائية الأبعاد ثلاثية الأبعاد لـ BADH2 باستخدام نمذجة التماثل. علاوة على ذلك، تم إجراء عمليتي محاكاة 0.5 ميكرو ثانية لاستكشاف طبيعة ثنائي BADH2 بشكل هيكلي وديناميكي. يتكون كل مونومر من 3 مجالات (ربط الركيزة، NAD+- ربط، ومجالات القلة). نطاق NAD +الملزم هو الأكثر قدرة على الحركة. لوحظت حركة شبيهة بالمقص بين المونومرات. داخل جيب الربط، يتم ربط N162 و E260 بواسطة روابط هيدروجينية قوية بالمخلفات على مقربة. على النقيض من ذلك، فإن C294 الحفاز متنقل للغاية ويتفاعل من حين لآخر مع N162. يمكن أن تسهل مرونة C294 المحبة للنواة هجوم الكربونيل الحر على ركيزة الألدهيد. كما تم تحديد الجسور الملحية الرئيسية بين الوحدات الفرعية التي تساهم في زيادة الكثافة. تم العثور على E487 و D491 و E492 و K498 و K502 لتشكيل جسور ملح قوية مع بقايا مشحونة على المونومر المجاور. على وجه التحديد، تسلط رابطة الهيدروجين R430 - E487 شبه الدائمة (>90 ٪) الضوء على دورها الرئيسي في ارتباط ثنائي الأبعاد. يمكن أن تلعب الرؤى الهيكلية والديناميكية لـ BADH2 التي تم الحصول عليها هنا دورًا في تحسين عطر الأرز، مما قد يؤدي إلى تحسين جودة الأرز وسعر السوق.

Translated Description (French)

La bétaïne aldéhyde déshydrogénase 2 (BADH2) joue un rôle clé dans l'accumulation de 2-acétyl-1-pyrroline (2AP), un composé parfumé dans le riz (Oryza sativa). BADH2 catalyse l'oxydation des aminoaldéhydes en acides carboxyliques. Un BADH2 inactif est connu pour promouvoir le parfum dans le riz. La structure 3D et les interactions protéine-ligand au niveau atomique sont actuellement inconnues. Ici, la structure dimérique 3D de BADH2 a été modélisée à l'aide de la modélisation d'homologie. De plus, deux simulations de 0,5 µs ont été réalisées pour explorer la nature du dimère BADH2 structurellement et dynamiquement. Chaque monomère comprend 3 domaines (domaines de liaison au substrat, de liaison au NAD+ et d'oligomérisation). Le domaine de liaison NAD+ est le plus mobile. Un mouvement en ciseaux a été observé entre les monomères. À l'intérieur de la poche de liaison, N162 et E260 sont attachés par de fortes liaisons hydrogène à des résidus à proximité immédiate. En revanche, le C294 catalytique est très mobile et interagit occasionnellement avec le N162. La flexibilité du C294 nucléophile pourrait faciliter l'attaque du carbonyle libre sur un substrat aldéhyde. Des ponts de sel intersous-unités clés contribuant à la dimérisation ont également été identifiés. E487, D491, E492, K498 et K502 ont été trouvés pour former de forts ponts salins avec des résidus chargés sur le monomère adjacent. Plus précisément, la liaison hydrogène R430-E487 presque permanente (>90 %) met en évidence son rôle clé dans l'association des dimères. Les informations structurelles et dynamiques sur BADH2 obtenues ici pourraient jouer un rôle dans l'amélioration du parfum de riz, ce qui pourrait conduire à une amélioration de la qualité du riz et du prix du marché.

Translated Description (Spanish)

La betaína aldehído deshidrogenasa 2 (BADH2) desempeña un papel clave en la acumulación de 2-acetil-1-pirrolina (2AP), un compuesto fragante en el arroz (Oryza sativa). BADH2 cataliza la oxidación de aminoaldehídos a ácidos carboxílicos. Se sabe que un BADH2 inactivo promueve la fragancia en el arroz. Actualmente se desconoce la estructura 3D y las interacciones proteína-ligando a nivel atómico. Aquí, la estructura dimérica 3D de BADH2 se modeló usando modelado de homología. Además, se realizaron dos simulaciones de 0.5 µs para explorar la naturaleza del dímero BADH2 estructural y dinámicamente. Cada monómero comprende 3 dominios (dominios de unión a sustrato, unión a NAD+ y oligomerización). El dominio de vinculación a NAD+ es el más móvil. Se observó un movimiento similar a una tijera entre los monómeros. Dentro del bolsillo de unión, N162 y E260 están atados por fuertes enlaces de hidrógeno a residuos en estrecha proximidad. Por el contrario, el catalizador C294 es muy móvil e interactúa ocasionalmente con N162. La flexibilidad del nucleófilo C294 podría facilitar el ataque del carbonilo libre sobre un sustrato de aldehído. También se identificaron puentes salinos clave entre subunidades que contribuyen a la dimerización. Se encontró que E487, D491, E492, K498 y K502 formaban puentes salinos fuertes con residuos cargados en el monómero adyacente. Específicamente, el enlace de hidrógeno R430-E487 casi permanente (>90%) destaca su papel clave en la asociación de dímeros. Los conocimientos estructurales y dinámicos de BADH2 obtenidos aquí podrían desempeñar un papel en la mejora de la fragancia de arroz, lo que podría conducir a una mejora en la calidad del arroz y el precio de mercado.

Files

s41598-018-31204-z.pdf.pdf

Files (3.8 MB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:d302ed737ae6753bca11341bc8f7dbd0
3.8 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
رؤى هيكلية حول نازعة هيدروجين ألدهيد البيتين (BADH2) من أوريزا ساتيفا تم استكشافها من خلال النمذجة والمحاكاة
Translated title (French)
Aperçus structurels de la bétaïne aldéhyde déshydrogénase (BADH2) d'Oryza sativa explorés par modélisation et simulations
Translated title (Spanish)
Información estructural sobre la betaína aldehído deshidrogenasa (BADH2) de Oryza sativa explorada mediante modelado y simulaciones

Identifiers

Other
https://openalex.org/W2888314912
DOI
10.1038/s41598-018-31204-z

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Thailand

References

  • https://openalex.org/W1172792186
  • https://openalex.org/W1607931568
  • https://openalex.org/W1972015404
  • https://openalex.org/W1974448354
  • https://openalex.org/W1981155039
  • https://openalex.org/W1996565389
  • https://openalex.org/W2005503796
  • https://openalex.org/W2013037917
  • https://openalex.org/W2016933884
  • https://openalex.org/W2018197756
  • https://openalex.org/W2026633495
  • https://openalex.org/W2028140643
  • https://openalex.org/W2029667189
  • https://openalex.org/W2035266068
  • https://openalex.org/W2041702411
  • https://openalex.org/W2043455728
  • https://openalex.org/W2049424931
  • https://openalex.org/W2067174909
  • https://openalex.org/W2070235654
  • https://openalex.org/W2071795523
  • https://openalex.org/W2071866449
  • https://openalex.org/W2072587096
  • https://openalex.org/W2074986801
  • https://openalex.org/W2077657779
  • https://openalex.org/W2093124955
  • https://openalex.org/W2097937570
  • https://openalex.org/W2099345120
  • https://openalex.org/W2105628398
  • https://openalex.org/W2106882534
  • https://openalex.org/W2123743163
  • https://openalex.org/W2123768693
  • https://openalex.org/W2124416676
  • https://openalex.org/W2155366411
  • https://openalex.org/W2162706427
  • https://openalex.org/W2170352502
  • https://openalex.org/W2254687785
  • https://openalex.org/W94267133