Триметиламин- N -оксидредуктаза

показывать Поиск
PMC	articles
PubMed	articles
NCBI	proteins

триметиламин-N-оксидредуктаза
триметиламин-N-оксидредуктаза
Идентификаторы
Номер ЕС.	1.7.2.3
Номер CAS.	37256-34-1
Базы данных
ИнтЭнк	вид IntEnz
БРЕНДА	БРЕНДА запись
Экспаси	Просмотр NiceZyme
КЕГГ	КЕГГ запись
МетаЦик	метаболический путь
ПРЯМОЙ	профиль
PDB Структуры	RCSB PDB PDBe PDBsum
Генная онтология	АмиГО / QuickGO
PMC
показывать Поиск
PMC	articles
PubMed	articles
NCBI	proteins

Триметиламин N -оксидредуктаза (TOR или ТМАО-редуктаза, EC 1.7.2.3) представляет собой микробный фермент, который может восстанавливать триметиламина N -оксид (ТМАО) в триметиламин (ТМА) как часть цепи переноса электронов . Фермент был выделен из E. coli и фотосинтезирующих бактерий Roseobacter denitrificans . ^{[ 1 ]}

Оксид триметиламина обнаруживается в высоких концентрациях в тканях рыбы, и бактериальное восстановление этого соединения до дурно пахнущего триметиламина является основным процессом порчи рыбы. ^{[ 2 ]}

Классификация

ТМАО-редуктаза имеет номер ферментной комиссии (EC) 1.7.2.3. Номера ЕС представляют собой систему номенклатуры ферментов, и каждая часть этой номенклатуры относится к прогрессивной классификации фермента в отношении его реакции. Первое число определяет тип реакции, второе число предоставляет информацию об участвующих соединениях, третье число указывает тип реакции, а четвертое число завершает уникальный серийный номер для каждого фермента. ^{[ 3 ]}

Триметиламин-N-оксидредуктаза имеет номер ЕС 1.7.2.3, и эти компоненты относятся к следующим классификациям ферментов:

Ферменты EC 1 представляют собой ферменты оксидоредуктазы , в которых происходит окислительно-восстановительная реакция, а окисляемый субстрат является донором кислорода или водорода.
Ферменты EC 1.7 действуют на другие азотистые соединения как на доноров.
Ферменты EC 1.7.2 имеют цитохром в качестве акцептора.
EC 1.7.2.3 — фермент ТМАО-редуктаза, восстанавливающий цитохром TorC. ^{[ 4 ]}

Распространение видов

ТМАО представляет собой органический осмолит, который выполняет полезную биологическую функцию защиты белков от денатурирующих стрессов, таких как высокая концентрация мочевины. ^{[ 5 ]} Различные бактерии растут анаэробно, используя ТМАО в качестве альтернативной цепи переноса электронов , что позволяет расти на неферментируемых источниках углерода, таких как глицерин . ^{[ 6 ]} Бактерии, способные восстанавливать ТМАО до ТМА, встречаются в трех различных экологических нишах. На сегодняшний день снижение ТМАО наблюдалось у морских бактерий, фотосинтезирующих бактерий, обитающих в мелких водоемах, и у энтеробактерий . ^{[ 5 ]}

ТМАО-редуктазы были изучены на нескольких организмах, и общей консервативной особенностью является наличие молибденового кофактора во всех известных терминальных ферментах. ^{[ 5 ]}

По субстратной специфичности эти ферменты можно разделить на две группы:

ТМАО-редуктазы, обладающие высокой субстратной специфичностью.
ДМСО /ТМАО редуктазы, которые могут восстанавливать широкий спектр субстратов оксидов N и S.

Первая группа состоит из таких видов, как Escherichia coli , Shewanella putrefaciens и Roseobacter denitrificans , а вторая группа состоит из таких видов, как Proteus vulgaris , Rhodobacter capsulatus и Rhodobacter sphaeroides . ^{[ 5 ]}

Дыхательная система ТМАО наиболее широко изучена на молекулярном уровне у видов E. coli и Rhodobacter .

Механизм реакции

В E. coli ТМАО-редуктаза кодируется опероном tor CAD. Ген torC кодирует пентагемический цитохром c-типа (TorC). TorC, вероятно, переносит электроны непосредственно на периплазматический терминальный фермент TorA, кодируемый геном torA. ^{[ 5 ]} Анаэробная экспрессия оперона torCAD строго контролируется присутствием ТМАО или родственных соединений. ^{[ 7 ]}

Существует несколько различных метаболических путей, в которых участвуют ТМАО и ТМА . Восстановление ТМАО до ТМА, катализируемое ТМАО-редуктазой, как часть цепи переноса электронов, протекает по следующей реакции:

НАДН + Н ⁺ + триметиламин N-оксид $\rightleftharpoons$ ОНИ ⁺ + триметиламин + H ₂ O Однако и ферменты R. denitrificans , и E. coli могут принимать электроны от цитохромов : ^{[ 8 ]}

триметиламин + 2 (феррицитохром с)-субъединица + H ₂ O → N -оксид триметиламина + 2 (ферроцитохром с)-субъединица + 2 H ⁺

Другие реакции с участием ТМАО и ТМА включают: ^{[ 9 ]}

Окисление ТМА до ТМАО, которое происходит у некоторых метилотрофов как начальный этап использования ТМА в качестве источника углерода.
Деметилирование ТМАО до диметиламина и формальдегида метилотрофами.
Окислительное деметилирование ТМА до диметиламина и формальдегида метилотрофами.
Производство метана из ТМА и других метиламинов некоторыми метаногенами.

Структура

В E. coli было показано, что индуцибельная периплазматическая ТМАО-редуктаза ответственна почти за все восстановление ТМАО (остальное - за восстановление ДМСО). Хотя о структурном анализе этого фермента E. coli не сообщалось, редуктаза ТМАО из Shewanella Massilia была выделена и охарактеризована с разрешением 2,5 Å. ^{[ 10 ]}

ТМАО-редуктазы были изучены на нескольких организмах, и общей чертой является наличие молибденового кофактора во всех известных терминальных ферментах. Обычной формой молекулы молибдоптерина является трициклическая кольцевая система, включающая птериновую группу, слитую с пирановым кольцом. Роль этого пиранового кольца может заключаться в контроле степени окисления кофактора молибдена и/или облегчении диффузии протонов. Кроме того, расположение ароматических остатков воронкообразного входа, ведущего к активному центру, тесно связано со структурами ДМСО-редуктазы. Гидрофобный карман, образованный двумя остатками триптофана и двумя остатками тирозина , также присутствует в ТМАО-редуктазе и содержит высококонсервативные остатки. ^{[ 10 ]}

При сравнении ТМАО-редуктазы S. Massilia с ДМСО-редуктазой R. Sphaeroides и R. capsulatus общая структура поразительно схожа. Однако одним из основных отличий редуктазы ТМАО является отсутствие тирозина (Tyr114) в редуктазе ДМСО R. capsulatus . В ТМАО-редуктазе он заменен треонином (Thr116), и участок основной цепи вокруг этого остатка от остатка 100 до 116 не идентичен таковому в ДМСО-редуктазе. Прямым следствием отсутствующего остатка является более широкое доступное пространство, прилегающее к активному центру молибдена, которое потенциально существует для более легкого размещения несколько более объемных молекул триметиламиноксида, чем молекул диметилсульфоксида . ^{[ 10 ]} Это различие показывает, что форма фермента почти всегда напрямую связана с его функцией.

Однако в последнее время возникли разногласия относительно структуры активного центра редуктазы ТМАО. Предлагаемый активный сайт содержит связи нескольких аномальных длин; одна длина связи Mo-O слишком коротка для координации одинарной связи Mo-O, а все четыре длины связи Mo-S значительно длиннее, чем ожидалось. Более того, предполагаемая координация активного центра молибдена чрезвычайно перегружена: расстояния между несколькими якобы несвязывающими атомами значительно меньше суммы их ван-дер-ваальсовых радиусов , а некоторые валентные углы неоправданно малы. Сейчас выдвигается гипотеза, что это перенаселение происходит из-за сокристаллизации нескольких форм фермента. ^{[ 11 ]}

См. также

Ссылки

^ Арата Х., Симидзу М., Такамия К. (октябрь 1992 г.). «Очистка и свойства триметиламин-N-оксидредуктазы аэробной фотосинтетической бактерии Roseobacter denitrificans». Журнал биохимии . 112 (4): 470–475. doi : 10.1093/oxfordjournals.jbchem.a123923 . ПМИД 1337081 .
^ Барретт Э.Л., Кван Х.С. (1985). «Бактериальное восстановление оксида триметиламина». Ежегодный обзор микробиологии . 39 : 131–149. дои : 10.1146/annurev.mi.39.100185.001023 . ПМИД 3904597 .
^ Энн Бенор М (июль 2019 г.). «Что в названии? (или номере?): Обновленная классификация ферментов». Образование в области биохимии и молекулярной биологии . 47 (4): 481–483. дои : 10.1002/bmb.21251 . hdl : 2027.42/150538 . ПМИД 31063221 .
^ Гон С., Джудичи-Ортикони М.Т., Межан В., Иобби-Нивол С. (апрель 2001 г.). «Перенос электронов и связывание цитохрома TorC с-типа с триметиламин-N-оксидредуктазой в Escherichia coli» . Журнал биологической химии . 276 (15): 11545–11551. дои : 10.1074/jbc.m008875200 . ПМИД 11056172 .
^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и Дос Сантос Х.П., Иобби-Нивол К., Куйо К., Джордано Дж., Межан В. (ноябрь 1998 г.). «Молекулярный анализ дыхательной системы триметиламин-N-оксида (ТМАО) редуктазы видов Shewanella». Журнал молекулярной биологии . 284 (2): 421–433. дои : 10.1006/jmbi.1998.2155 . ПМИД 9813127 .
^ Меджан В., Иобби-Нивол С., Лепеллетье М., Джордано Дж., Чиппо М., Паскаль MC (март 1994 г.). «Анаэробное дыхание ТМАО у Escherichia coli: участие оперона tor». Молекулярная микробиология . 11 (6): 1169–1179. дои : 10.1111/j.1365-2958.1994.tb00393.x . ПМИД 8022286 . S2CID 27347013 .
^ Журлен С., Ансальди М., Межан В. (апрель 1997 г.). «Трансфосфорилирование регулятора ответа TorR требует трех сайтов фосфорилирования неортодоксального сенсора TorS в Escherichia coli». Журнал молекулярной биологии . 267 (4): 770–777. дои : 10.1006/jmbi.1997.0919 . ПМИД 9135110 .
^ Гон С., Джудичи-Ортикони М.Т., Межан В., Иобби-Нивол С. (апрель 2001 г.). «Перенос электронов и связывание цитохрома TorC с-типа с триметиламин-N-оксидредуктазой в Escherichia coli» . Журнал биологической химии . 276 (15): 11545–11551. дои : 10.1074/jbc.M008875200 . ПМИД 11056172 .
^ Барретт Э.Л., Кван Х.С. (октябрь 1985 г.). «Бактериальное восстановление оксида триметиламина». Ежегодный обзор микробиологии . 39 (1): 131–149. дои : 10.1146/annurev.mi.39.100185.001023 . ПМИД 3904597 .
^ Jump up to: ^а ^б ^с Чжек М., Дос Сантос Х.П., Помье Дж., Джордано Дж., Межан В., Хасер Р. (ноябрь 1998 г.). «Кристаллическая структура окисленной триметиламин-N-оксидредуктазы Shewanella Massilia при разрешении 2,5 А». Журнал молекулярной биологии . 284 (2): 435–447. дои : 10.1006/jmbi.1998.2156 . ПМИД 9813128 .
^ Чжан Л., Нельсон К.Дж., Раджагопалан К.В., Джордж Г.Н. (февраль 2008 г.). «Структура молибденового сайта триметиламин-N-оксидредуктазы Escherichia coli». Неорганическая химия . 47 (3): 1074–1078. дои : 10.1021/ic701956f . ПМИД 18163615 .

Дальнейшее чтение

Унемото Т., Хаяси М., Мияки К., Хаяши М. (ноябрь 1965 г.). «Внутриклеточная локализация и свойства триметиламин-N-оксидредуктазы у Vibrio parahaemolyticus». Biochimica et Biophysical Acta (BBA) - Энзимология и биологическое окисление . 110 (2): 319–328. дои : 10.1016/s0926-6593(65)80039-x . ПМИД 4286289 .

Внешние ссылки

[1] Арата Х., Симидзу М., Такамия К. (октябрь 1992 г.). «Очистка и свойства триметиламин-N-оксидредуктазы аэробной фотосинтетической бактерии Roseobacter denitrificans». Журнал биохимии . 112 (4): 470–475. doi : 10.1093/oxfordjournals.jbchem.a123923 . ПМИД 1337081 .

[2] Барретт Э.Л., Кван Х.С. (1985). «Бактериальное восстановление оксида триметиламина». Ежегодный обзор микробиологии . 39 : 131–149. дои : 10.1146/annurev.mi.39.100185.001023 . ПМИД 3904597 .

[3] Энн Бенор М (июль 2019 г.). «Что в названии? (или номере?): Обновленная классификация ферментов». Образование в области биохимии и молекулярной биологии . 47 (4): 481–483. дои : 10.1002/bmb.21251 . hdl : 2027.42/150538 . ПМИД 31063221 .

[4] Гон С., Джудичи-Ортикони М.Т., Межан В., Иобби-Нивол С. (апрель 2001 г.). «Перенос электронов и связывание цитохрома TorC с-типа с триметиламин-N-оксидредуктазой в Escherichia coli» . Журнал биологической химии . 276 (15): 11545–11551. дои : 10.1074/jbc.m008875200 . ПМИД 11056172 .

[:0-5] Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и Дос Сантос Х.П., Иобби-Нивол К., Куйо К., Джордано Дж., Межан В. (ноябрь 1998 г.). «Молекулярный анализ дыхательной системы триметиламин-N-оксида (ТМАО) редуктазы видов Shewanella». Журнал молекулярной биологии . 284 (2): 421–433. дои : 10.1006/jmbi.1998.2155 . ПМИД 9813127 .

[6] Меджан В., Иобби-Нивол С., Лепеллетье М., Джордано Дж., Чиппо М., Паскаль MC (март 1994 г.). «Анаэробное дыхание ТМАО у Escherichia coli: участие оперона tor». Молекулярная микробиология . 11 (6): 1169–1179. дои : 10.1111/j.1365-2958.1994.tb00393.x . ПМИД 8022286 . S2CID 27347013 .

[7] Журлен С., Ансальди М., Межан В. (апрель 1997 г.). «Трансфосфорилирование регулятора ответа TorR требует трех сайтов фосфорилирования неортодоксального сенсора TorS в Escherichia coli». Журнал молекулярной биологии . 267 (4): 770–777. дои : 10.1006/jmbi.1997.0919 . ПМИД 9135110 .

[8] Гон С., Джудичи-Ортикони М.Т., Межан В., Иобби-Нивол С. (апрель 2001 г.). «Перенос электронов и связывание цитохрома TorC с-типа с триметиламин-N-оксидредуктазой в Escherichia coli» . Журнал биологической химии . 276 (15): 11545–11551. дои : 10.1074/jbc.M008875200 . ПМИД 11056172 .

[9] Барретт Э.Л., Кван Х.С. (октябрь 1985 г.). «Бактериальное восстановление оксида триметиламина». Ежегодный обзор микробиологии . 39 (1): 131–149. дои : 10.1146/annurev.mi.39.100185.001023 . ПМИД 3904597 .

[:1-10] Jump up to: ^а ^б ^с Чжек М., Дос Сантос Х.П., Помье Дж., Джордано Дж., Межан В., Хасер Р. (ноябрь 1998 г.). «Кристаллическая структура окисленной триметиламин-N-оксидредуктазы Shewanella Massilia при разрешении 2,5 А». Журнал молекулярной биологии . 284 (2): 435–447. дои : 10.1006/jmbi.1998.2156 . ПМИД 9813128 .

[11] Чжан Л., Нельсон К.Дж., Раджагопалан К.В., Джордж Г.Н. (февраль 2008 г.). «Структура молибденового сайта триметиламин-N-оксидредуктазы Escherichia coli». Неорганическая химия . 47 (3): 1074–1078. дои : 10.1021/ic701956f . ПМИД 18163615 .

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]

[ 11 ]

v т и Оксидоредуктазы : азотистый донор ( EC 1,7)
1.7.1	GMP reductase
1.7.2	Nitrite reductase (NO-forming)
1.7.3	Urate oxidase
1.7.7	Ferredoxin—nitrite reductase
1.7.99	Hydroxylamine reductase

v т и Оксидоредуктазы : НАДН или НАДФН ( EC 1,6).
1.6.1: NAD/NADP	NAD(P)⁺ transhydrogenase (Si-specific) NAD(P)⁺ transhydrogenase (Re/Si-specific)
1.6.2: Heme	Methemoglobin reductase NADPH—hemoprotein reductase/Cytochrome P450 reductase NADPH—cytochrome-c2 reductase Leghemoglobin reductase
1.6.3: Oxygen	NADPH oxidase P91-PHOX Neutrophil cytosolic factor 1 Neutrophil cytosolic factor 2 Neutrophil cytosolic factor 4 dual oxidase Dual oxidase 1 Dual oxidase 2
1.6.5: Quinone or similar	NADH dehydrogenase
1.6.6: Nitrogenous group	Trimethylamine-N-oxide reductase
1.6.99: other	NADH dehydrogenase (quinone)

v т и Ферменты
Activity	Active site Binding site Catalytic triad Oxyanion hole Enzyme promiscuity Diffusion-limited enzyme Cofactor Enzyme catalysis
Regulation	Allosteric regulation Cooperativity Enzyme inhibitor Enzyme activator
Classification	EC number Enzyme superfamily Enzyme family List of enzymes
Kinetics	Enzyme kinetics Eadie–Hofstee diagram Hanes–Woolf plot Lineweaver–Burk plot Michaelis–Menten kinetics
Types	EC1 Oxidoreductases (list) EC2 Transferases (list) EC3 Hydrolases (list) EC4 Lyases (list) EC5 Isomerases (list) EC6 Ligases (list) EC7 Translocases (list)