Кутиназа
| кутиназа | |||
|---|---|---|---|
 | |||
| Идентификаторы | |||
| Номер ЕС. | 3.1.1.74 | ||
| 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 | ||
| |||
Фермент кутиназа ( систематическое название : кутингидролаза , EC 3.1.1.74 ) является членом семейства гидролаз . Он катализирует следующую реакцию:
| Кутиназа | |||
|---|---|---|---|
| Идентификаторы | |||
| Символ | Кутиназа | ||
| Пфам | PF01083 | ||
| ИнтерПро | ИПР000675 | ||
| PROSITE | PDOC00140 | ||
| ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ 2 | 1cex / SCOPe / СУПФАМ | ||
| Суперсемейство OPM | 127 | ||
| белок OPM | 1оксм | ||
| |||
В биологических системах реагентный эфир карбоновой кислоты является составной частью кутина полимера , а гидролиз кутина приводит к образованию спирта и карбоновой кислоты мономерных продуктов .
Номенклатура
[ редактировать ]Кутиназе присвоен номер комиссии по ферментам EC 3.1.1.74. [2] Кутиназа относится к третьему классу ферментов, а это означает, что ее основная функция — гидролизовать субстрат (в данном случае кутин). [3] В рамках третьего класса кутиназа далее подразделяется на первый подкласс, что указывает на то, что она специфически гидролизует сложноэфирные связи. [2] Затем его помещают в первый подкласс, что означает, что он нацелен на сложные эфиры карбоновых кислот, которые соединяют полимеры кутина. [2]
Функция
[ редактировать ]
У большинства растений на надземных поверхностях, таких как стебли, листья и плоды, есть слой, состоящий из кутина, называемый кутикулой. [4] Этот слой кутина образован матричной структурой, содержащей восковые компоненты, встроенные в углеводные слои. [5] Молекула кутина, составляющая большую часть матрикса кутикулы (40–80%), состоит в основном из цепей жирных кислот , которые полимеризуются посредством сложноэфирных связей карбоновых кислот. [4] [6]
Исследования показывают, что кутин играет решающую роль в предотвращении патогенных инфекций в растительных системах. [7] Например, эксперименты, проведенные на растениях томата, которые имели значительную неспособность синтезировать кутин, показали, что томаты, выращенные этими растениями, были значительно более восприимчивы к заражению как условно-патогенными микроорганизмами, так и намеренно инокулированными грибковыми спорами . [8]
Кутиназа продуцируется различными грибковыми патогенами растений, и ее активность была впервые обнаружена у гриба Penicillium spinulosum . [9] В исследованиях Nectria haematococca , грибкового патогена, вызывающего прикорневую гниль растений гороха, было показано, что кутиназа играет ключевую роль в облегчении ранних стадий заражения растений. [9] Также предполагается, что в спорах грибов, которые первоначально контактируют с поверхностью растения, небольшое количество каталитической кутиназы производит мономеры кутина, которые, в свою очередь, усиливают экспрессию гена кутиназы. [9] Это предполагает, что путь экспрессии кутиназы в спорах грибов характеризуется петлей положительной обратной связи до тех пор, пока гриб успешно не нарушит слой кутина; однако конкретный механизм этого пути неясен. [9] [10] Было показано, что ингибирование кутиназы предотвращает грибковую инфекцию через неповрежденную кутикулу. [10] И наоборот, было показано, что добавление кутиназы к грибам, которые не способны производить ее естественным путем, повышает вероятность успеха при грибковых инфекциях. [9]
Кутиназы также наблюдались у некоторых видов бактерий, патогенных для растений , таких как Streptomyces scabies , Thermobifida fusca , Pseudomonas mendocina и Pseudomonas putida , но они не изучены в такой степени, как те, которые обнаружены у грибов. [11] [12] Молекулярная структура кутиназы Thermobifida fusca демонстрирует сходство с кутиназой грибов Fusarium solani pisi , с конгруэнтностью в их активных центрах и общих механизмах. [11]
Структура
[ редактировать ]Кутиназа принадлежит к классу белков α-β с центральным β-листом из 5 параллельных нитей, покрытых 5 альфа-спиралями с каждой стороны листа. [13] Грибковая кутиназа обычно состоит примерно из 197 аминокислотных остатков, а ее нативная форма состоит из одного домена. [14] Белок также содержит 4 инвариантных остатка цистеина, образующих 2 дисульфидных мостика, расщепление которых приводит к полной потере ферментативной активности. [15] [14]
Кристаллические структуры показали, что активный центр кутиназ находится на одном конце эллипсоидной формы фермента. [16] Этот активный сайт окружен двумя гидрофобными петлевыми структурами и частично покрыт двумя тонкими мостиками, образованными боковыми цепями аминокислот. [13] [16] Он не имеет гидрофобной крышки, которая является общей особенностью других липаз . [13] Вместо этого каталитический серин в активном центре подвергается воздействию открытого растворителя, а фермент кутиназа не проявляет межфазной активации на границе раздела вода-неполярный слой. [13] [14] Считается, что активация кутиназы происходит в результате небольших изменений конформации гидрофобных остатков, действующих как миниатюрная крышка. [13] Оксианионная дырка в активном центре является составной частью сайта связывания, которая отличается от большинства липолитических ферментов, оксианионные дырки которых индуцируются при связывании субстрата . [17]
Механизм
[ редактировать ]Кутиназа представляет собой сериновую эстеразу, активный центр которой содержит триаду серин- гистидин - аспартат и оксианионную дырку, которые являются характерными элементами серингидролаз. [15] [18] Сайт связывания кутинового липидного полимера состоит из двух гидрофобных петель, характеризующихся неполярными аминокислотами, такими как лейцин , аланин , изолейцин и пролин . [18] Эти гидрофобные остатки демонстрируют более высокую степень гибкости, что указывает на модель индуцированного соответствия , способствующую связыванию кутина с активным центром. [13] В активном центре кутиназы гистидин депротонирует серин, позволяя серину подвергнуться нуклеофильной атаке на сложный карбоновый эфир кутина. [19] За этим следует реакция элиминирования, в ходе которой заряженный кислород (стабилизированный оксианионной дыркой) создает двойную связь, удаляя группу R из полимера кутина в форме спирта. [19] Процесс повторяется с нуклеофильной атакой нового эфира карбоновой кислоты депротонированной молекулой воды. [19] После этого заряженный кислород восстанавливает свою двойную связь, удаляя присоединение серина и высвобождая мономер карбоновой кислоты R. [19]
Приложения
[ редактировать ]Стабильность кутиназ при более высоких температурах (20–50 °C) и ее совместимость с другими гидролитическими ферментами потенциально могут применяться в промышленности по производству моющих средств . [20] Фактически было показано, что кутиназы более эффективно расщепляют и удаляют некальциевые жиры с одежды по сравнению с другими промышленными липазами. [21] Еще одним преимуществом кутиназы в этой отрасли является ее способность проявлять каталитическую активность как в отношении водо-, так и жирорастворимых сложных эфиров, что делает ее более универсальным разлагающим агентом. [20] Эта универсальность также позволяет использовать кутиназу в экспериментах по развитию биотопливной промышленности из-за ее способности облегчать переэтерификацию биотоплива в средах с различной растворимостью. [20]
Довольно неожиданно оказалось, что способность разрушать кутиновый слой растений и их плодов может оказаться полезной для фруктовой промышленности. [20] Это связано с тем, что слой кутикулы плодов является предполагаемым механизмом регуляции воды, и разрушение этого слоя приводит к движению воды через мембрану плодов. [22] Используя кутиназу для разрушения кутикулы фруктов, производители могут улучшить сушку фруктов и упростить доставку консервантов и добавок в мякоть фруктов. [20]
См. также
[ редактировать ]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Лонги С., Чжек М., Ламзин В., Николас А., Камбийо С. (май 1997 г.). «Кристаллическая структура кутиназы Fusarium solani с атомным разрешением (1,0 А): стереохимический анализ». Журнал молекулярной биологии . 268 (4): 779–799. дои : 10.1006/jmbi.1997.1000 . ПМИД 9175860 .
- ^ Перейти обратно: а б с «EC 3.1.1.74: Кутиназа» . Домашняя страница номенклатуры IUBMB . 10.10.2018. Архивировано из оригинала 4 октября 2018 г. Проверено 29 сентября 2022 г.
- ^ McDonald AG, Tipton KF (ноябрь 2021 г.). «Номенклатура и классификация ферментов: современное состояние» . Журнал ФЭБС . 290 (9): 2214–2231. дои : 10.1111/февраль 16274 . ПМИД 34773359 . S2CID 244076461 .
- ^ Перейти обратно: а б Эредиа А (март 2003 г.). «Биофизические и биохимические характеристики кутина, растительного барьерного биополимера». Biochimica et Biophysical Acta (BBA) – Общие предметы . 1620 (1–3): 1–7. дои : 10.1016/s0304-4165(02)00510-x . ПМИД 12595066 .
- ^ Уолтон Т.Дж. (1990). «Воски, кутин и суберин» . Методы биохимии растений . 4 : 105–158.
- ^ Керстиенс Г (1996). Кутикула растений: комплексный функциональный подход . Научные издательства БИОС. ISBN 1-85996-130-4 . OCLC 36076660 .
- ^ Фич Э.А., Сегерсон Н.А., Роуз Дж.К. (апрель 2016 г.). «Растительный полиэфир кутин: биосинтез, структура и биологическая роль». Ежегодный обзор биологии растений . 67 (1): 207–233. doi : 10.1146/annurev-arplant-043015-111929 . ПМИД 26865339 .
- ^ Исааксон Т., Косма Д.К., Матас А.Дж., Буда Г.Дж., Хе Ю., Ю.Б. и др. (октябрь 2009 г.). «Дефицит кутина в кутикуле плодов томата постоянно влияет на устойчивость к микробной инфекции и биомеханические свойства, но не на транспирационную потерю воды» . Заводской журнал . 60 (2): 363–377. дои : 10.1111/j.1365-313X.2009.03969.x . ПМИД 19594708 . ; Разместить резюме в: Ферни А., Нуньес-Неси А. «Мнения преподавателей» . Рецензирование биомедицинской литературы после публикации . дои : 10.3410/f.1164954.625804 .
- ^ Перейти обратно: а б с д и Шефер В. (май 1993 г.). «Роль кутиназы в патогенности грибов». Тенденции в микробиологии . 1 (2): 69–71. дои : 10.1016/0966-842x(93)90037-r . ISSN 0966-842X . ПМИД 8044466 .
- ^ Перейти обратно: а б Свейгард Дж. А., Чамли Ф. Г., Валент Б. (март 1992 г.). «Клонирование и анализ CUT1, гена кутиназы Magnaporthe grisea». Молекулярная и общая генетика . 232 (2): 174–182. дои : 10.1007/bf00279994 . ПМИД 1557023 . S2CID 37444 .
- ^ Перейти обратно: а б Чен С., Тонг Икс, Вудард Р.В., Ду Джи, Ву Дж, Чен Дж (сентябрь 2008 г.). «Идентификация и характеристика бактериальной кутиназы» . Журнал биологической химии . 283 (38): 25854–25862. дои : 10.1074/jbc.m800848200 . ПМЦ 3258855 . ПМИД 18658138 .
- ^ Фетт В.Ф., Виджей С., Моро Р.А., Осман С.Ф. (апрель 1999 г.). «Продукция кутиназы Thermomonospora fusca ATCC 27730». Журнал прикладной микробиологии . 86 (4): 561–568. дои : 10.1046/j.1365-2672.1999.00690.x . ISSN 1364-5072 . S2CID 41512145 .
- ^ Перейти обратно: а б с д и ж Мартинес С., Де Геус П., Лауверейс М., Маттиссенс Г., Камбийо С. (апрель 1992 г.). «Кутиназа Fusarium solani представляет собой липолитический фермент с каталитическим серином, доступным для растворителя». Природа . 356 (6370): 615–618. Бибкод : 1992Natur.356..615M . дои : 10.1038/356615a0 . ПМИД 1560844 . S2CID 4334360 .
- ^ Перейти обратно: а б с Карвалью CM, Айрес-Баррос MR, Кабрал Дж (15 декабря 1998 г.). «Структура, функции и биокаталитическое применение кутиназы» . Электронный журнал биотехнологии . 1 (2): 160–173. doi : 10.2225/vol1-issue3-fulltext-8 . hdl : 1807/2161 . ISSN 0717-3458 .
- ^ Перейти обратно: а б Эттингер В.Ф., Тукрал С.К., Колаттукуди П.Е. (1 декабря 1987 г.). «Структура гена кутиназы, кДНК и производная аминокислотная последовательность фитопатогенных грибов». Биохимия . 26 (24): 7883–7892. дои : 10.1021/bi00398a052 . ISSN 0006-2960 .
- ^ Перейти обратно: а б Елш С., Лонги С., Камбийо С. (май 1998 г.). «Упаковка сил в девяти кристаллических формах кутиназы». Белки . 31 (3): 320–333. doi : 10.1002/(sici)1097-0134(19980515)31:3<320::aid-prot8>3.0.co;2-m . ПМИД 9593202 . S2CID 29668663 .
- ^ Николас А., Эгмонд М., Веррипс К.Т., де Влиг Дж., Лонги С., Камбийо С., Мартинес С. (январь 1996 г.). «Вклад боковой цепи серина 42 кутиназы в стабилизацию переходного состояния оксианиона». Биохимия . 35 (2): 398–410. дои : 10.1021/bi9515578 . ПМИД 8555209 .
- ^ Перейти обратно: а б Мартинес С., Николас А., ван Тилберг Х., Эглофф член парламента, Кадри С., Вергер Р., Камбийо С. (январь 1994 г.). «Кутиназа, липолитический фермент с заранее сформированной оксианионной дыркой». Биохимия . 33 (1): 83–89. дои : 10.1021/bi00167a011 . ПМИД 8286366 .
- ^ Перейти обратно: а б с д Люнг М., Холлидей Дж., Уилли Дж. «Кутинасе» . Атлас механизмов и каталитических сайтов . Проверено 28 сентября 2022 г.
- ^ Перейти обратно: а б с д и Дутта К., Сен С., Вееранки В.Д. (февраль 2009 г.). «Производство, характеристика и применение микробных кутиназ». Технологическая биохимия . 44 (2): 127–134. дои : 10.1016/j.procbio.2008.09.008 . ISSN 1359-5113 .
- ^ Эгмонд М.Р., ван Беммел С.Дж. (1997). «[6] Влияние структурной информации на понимание липолитической функции». Влияние структурной информации на понимание липолитической функции . Методы энзимологии. Том. 284. Эльзевир. стр. 119–129. дои : 10.1016/s0076-6879(97)84008-6 . ISBN 9780121821852 . ПМИД 9379930 .
- ^ «5510131 Фермент способствует разложению поверхностных мембран собранных фруктов и овощей». Достижения биотехнологии . 15 (1): 273. Январь 1997 г. doi : 10.1016/s0734-9750(97)88551-5 . ISSN 0734-9750 .
Дальнейшее чтение
[ редактировать ]- Сулейман, С.; Ямато, С.; Канайя, Э.; Ким, Джей-Джей; Кога, Ю.; Такано, К.; Канайя, С. (2012). «Выделение нового гомолога кутиназы, обладающего активностью по разложению полиэтилентерефталата, из компоста из листьев и ветвей с использованием метагеномного подхода» . Прикладная и экологическая микробиология . 78 (5): 1556–1562. Бибкод : 2012ApEnM..78.1556S . дои : 10.1128/АЕМ.06725-11 . ПМК 3294458 . ПМИД 22194294 .
- Ширке, Абхиджит Н.; Уайт, Кристина; Энглаендер, Джейкоб А.; Зварич, Эллисон; Баттерфосс, Гленн Л.; Линхардт, Роберт Дж.; Гросс, Ричард А. (2018). «Стабилизация кутиназы компоста листьев и ветвей (LCC) с помощью гликозилирования: механизм и влияние на гидролиз ПЭТ». Биохимия . 57 (7): 1190–1200. doi : 10.1021/acs.biochem.7b01189 . ПМИД 29328676 .
