Нитрилаза

показывать Искать
Structures	Swiss-model
Domains	InterPro

нитрилаза 1
нитрилаза 1
Идентификаторы
Символ	НИТ1
ген NCBI	4817
HGNC	7828
МОЙ БОГ	604618
ПДБ	3ИВЗ
RefSeq	НМ_005600
ЮниПрот	Q86X76
Другие данные
Локус	1 птер-кветер
Structures
показывать Искать
Structures	Swiss-model
Domains	InterPro

нитрилов Ферменты-нитрилазы ( карбоновых кислот и аммиака , без образования нитриламиногидролаза; КФ 3.5.5.1) катализируют гидролиз « до свободных » амидных промежуточных продуктов. ^{[ 1 ]} Нитрилазы участвуют в биосинтезе природных продуктов и посттрансляционных модификациях у растений, животных, грибов и некоторых прокариот. Нитрилазы также можно использовать в качестве катализаторов в препаративной органической химии. Среди прочего, нитрилазы использовались для разделения рацемических смесей . Нитрилазу не следует путать с нитрилгидратазой (нитрилгидролиазой; EC 4.2.1.84 ), которая гидролизует нитрилы до амидов. Нитрилгидратазы почти всегда экспрессируются совместно с амидазой, которая превращает амид в карбоновую кислоту. Следовательно, иногда может быть трудно отличить активность нитрилазы от активности нитрилгидратазы и амидазы.

Механизм

Нитрилаза была впервые обнаружена в начале 1960-х годов благодаря ее способности катализировать гидратацию нитрила в карбоновую кислоту . ^{[ 2 ]} Хотя в то время было известно, что нитрилаза может действовать с широкой субстратной специфичностью при производстве соответствующей кислоты, более поздние исследования сообщили о первой активности NHase ( нитрилгидратазы ), проявляемой нитрилазой. ^{[ 3 ]}^{[ 4 ]} То есть амидные соединения также могут образовываться путем гидролиза нитрила . Дальнейшие исследования выявили несколько условий, способствующих образованию амидов, которые описаны ниже. ^{[ 4 ]}

Раннее высвобождение связанного с ферментом субстрата после первого гидролиза воды с последующим отсроченным добавлением второй воды.
Условия низкой температуры и повышенного pH. Для биоконверсии большинства бактерий и грибов нитрилазой оптимальный диапазон pH составляет 7,0–8,0, а оптимальный диапазон температур — от 30 до 50 °C.
Электроноакцепторные группы в ⍺-положении

Превращение обычного нитрила в амид или карбоновую кислоту облегчается нитрилазой. ^{[ 5 ]}^{[ 1 ]}

Ниже приведен список шагов, необходимых для преобразования обычного нитрильного соединения нитрилазой: ^{[ 4 ]}

Электрофильный атаке со стороны одной из углерод нитрила подвергается нуклеофильной двух SH-групп нитрилазы.
Образовавшийся тиоимидат впоследствии гидролизуется до ацифермента, и аммиак . в качестве побочного продукта образуется
Ацифермент может пройти один из двух путей в зависимости от условий, указанных выше:
- Дальнейший гидролиз ацифермента водой дает карбоновую кислоту и регенерированный фермент.
- Ацифермент гидролизуется аммиаком, вытесняя фермент и образуя амидный продукт.

Структура

Большинство нитрилаз состоят из одного полипептида массой от 32 до 45 кДа. ^{[ 7 ]} и его структура представляет собой складку ⍺-β-β-⍺. ^{[ 4 ]} Предпочтительной формой фермента является большая нить, состоящая из 6-26 субъединиц . ^{[ 7 ]} Нитрилаза использует Lys - Cys - Glu каталитическую триаду , которая необходима для функции активного центра и повышения его эффективности. ^{[ 4 ]}^{[ 7 ]}

Структура термоактивной нитрилазы P. abyssi состоит из 2-симметричного димера, каждая субъединица которого содержит 262 остатка. ^{[ 8 ]}^{[ 9 ]} Подобно другим нитрилазам семейства нитрилаз, каждая субъединица имеет сэндвич-складку ⍺-β-β-⍺; когда две субъединицы собираются вместе и взаимодействуют, белок образует структуру «супер-сэндвич» (⍺-β-β-⍺-⍺-β-β-⍺). ^{[ 6 ]} Для димеризации С-концы каждой субъединицы выходят из ядра и взаимодействуют друг с другом, и это во многом становится возможным благодаря солевым мостикам, образующимся между аргинина и глутамата . остатками ^{[ 6 ]}

Хотя точный механизм связывания с нитрильным субстратом до сих пор остается неизвестным, путем сравнения последовательности и структуры с другими нитрилазами было установлено, что каталитическая триада состоит из Glu 42, Lys 113 и Cys 146. ^{[ 6 ]}^{[ 4 ]}^{[ 7 ]} С помощью программ моделирования белков было обнаружено, что Glu 42 является каталитической основой активации нуклеофила (Cys 146), что обусловлено относительно коротким расстоянием между O в Glu и S в Cys. Аналогичным образом было сделано предположение, что Lys 113 является каталитической кислотой, ответственной за перенос протона на субстрат. ^{[ 8 ]}^{[ 10 ]}

Биологическая функция

Нитрилазы играют решающую роль во взаимодействиях растений и микробов для защиты, детоксикации , использования азота и синтеза растительных гормонов. ^{[ 11 ]} В зависимости от субстратной специфичности растений различают две группы: растения с высокой гидролитической активностью по отношению к арилацетонитрилам и растения с высокой активностью по отношению к β-циано- L -аланину . NIT1, 2 и 3 видов A. thaliana являются примерами первой группы растительных нитрилаз ( арилацетонитрилаз ), которые гидролизуют нитрилы, образующиеся при синтезе или деградации цианогенных гликозидов и глюкозинолатов . Субстраты арилцетонитрила для этих конкретных ферментов состоят из фенилпропионитрила и других продуктов, образующихся в результате метаболизма глюкозинолатов. ^{[ 11 ]}^{[ 12 ]} Однако NIT4 принадлежит ко второй группе нитрилаз растений и имеет решающее значение для детоксикации цианидов в растениях. ^{[ 3 ]}^{[ 11 ]}^{[ 13 ]}

Более того, микробы потенциально могут также использовать нитрилазу для детоксикации и ассимиляции нитрилов и цианидов, которые существуют в растительной среде. ^{[ 11 ]} Примером этого является β-циано -L -аланиннитрилаза растительной бактерии P. fluorescens SBW25. ^{[ 14 ]} Хотя неизвестно, сталкивается ли эта растительная бактерия с токсичными уровнями β-циано-аланина в естественных условиях, нитрилазная активность наблюдалась у цианогенных растений; таким образом, кажется, что нитрилаза служит преобладающим механизмом детоксикации цианида вместо β-циано-ʟ-аланина. ^{[ 11 ]}^{[ 14 ]} Другие бактериальные применения нитрилаз, продуцируемых микроорганизмами, связанными с растениями, включают разложение растительных нитрилов с получением источника углерода и азота. P. fluorescens EBC191 гидролизует многие арилацетонитрилы, а именно манделонитрил , который служит защитой от травоядных животных. ^{[ 11 ]}^{[ 15 ]}^{[ 16 ]}

Дальнейшее чтение

Винклер М., Глидер А., Клемпир Н. (март 2006 г.). «Фермент-стабилизатор ДТТ катализирует гидролиз нитрилов аналога нитрилазы». Химические коммуникации (12): 1298–300. дои : 10.1039/B516937B . ПМИД 16538253 .

Ссылки

^ Jump up to: ^а ^б Пейс ХК, Бреннер С (2001). «Суперсемейство нитрилаз: классификация, строение и функции» . Геномная биология . 2 (1): ОБЗОРЫ0001. doi : 10.1186/gb-2001-2-1-reviews0001 . ПМК 150437 . ПМИД 11380987 .
^ Тиманн К.В., Махадеван С. (апрель 1964 г.). «Нитрилаза. I. Возникновение, получение и общие свойства фермента». Архив биохимии и биофизики . 105 : 133–41. дои : 10.1016/0003-9861(64)90244-9 . ПМИД 14165487 .
^ Jump up to: ^а ^б Пиотровски М., Шенфельдер С., Вейлер Э.В. (январь 2001 г.). «Изоген NIT4 Arabidopsis thaliana и его ортологи в табаке кодируют бета-циано-L-аланингидратазу/нитрилазу» . Журнал биологической химии . 276 (4): 2616–21. дои : 10.1074/jbc.M007890200 . ПМИД 11060302 .
^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж Гонг Дж.С., Лу З.М., Ли Х., Ши Дж.С., Чжоу З.М., Сюй Чж. (октябрь 2012 г.). «Нитрилазы в нитрильном биокатализе: последние достижения и предстоящие исследования» . Заводы по производству микробных клеток . 11 : 142. дои : 10.1186/1475-2859-11-142 . ПМЦ 3537687 . ПМИД 23106943 .
^ Хайнеманн У, Энгельс Д, Бюргер С, Кизиак С, Маттес Р, Штольц А (2003). «Клонирование гена нитрилазы из штамма PCC6803 цианобактерии Synechocystis sp., а также гетерологичная экспрессия и характеристика кодируемого белка» . Прикладная и экологическая микробиология . 69 (8): 4359–66. Бибкод : 2003ApEnM..69.4359H . дои : 10.1128/АЕМ.69.8.4359-4366.2003 . ПМК 169084 . ПМИД 12902216 .
^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д Рачинска Ю.Е., Воргиас К.Э., Антраникян Г., Рыпневски В. (февраль 2011 г.). «Кристаллографический анализ термоактивной нитрилазы». Журнал структурной биологии . 173 (2): 294–302. дои : 10.1016/j.jsb.2010.11.017 . ПМИД 21095228 .
^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д О'Рейли С., Тернер П.Д. (2003). «Семейство нитрилазных ферментов, гидролизующих CN, - сравнительное исследование». Журнал прикладной микробиологии . 95 (6): 1161–74. дои : 10.1046/j.1365-2672.2003.02123.x . ПМИД 14632988 . S2CID 8278739 .
^ Jump up to: ^а ^б Накаи Т., Хасегава Т., Ямашита Э., Ямамото М., Кумасака Т., Уэки Т., Нанба Х., Икенака Ю., Такахаши С., Сато М., Цукихара Т. (июль 2000 г.). «Кристаллическая структура амидогидролазы N-карбамил-D-аминокислот с новым каталитическим каркасом, общим для амидогидролаз» . Структура 8 (7): 729–37. дои : 10.1016/s0969-2126(00)00160-x . ПМИД 10903946 .
^ Пейс ХК, Ходавадекар СК, Драганеску А, Хуанг Дж, Биегановски П, Пекарски Ю, Кроче СМ, Бреннер К (27 июля 2017 г.). «Кристаллическая структура белка Rosetta Stone червя NitFhit обнаруживает тетрамер Nit, связывающий два димера Fhit» . Современная биология . 10 (15): 907–17. дои : 10.1016/s0960-9822(00)00621-7 . ПМИД 10959838 . S2CID 4644034 .
^ Йейтс Т.О. (1 января 1997 г.). «Обнаружение и преодоление двойников кристаллов». Макромолекулярная кристаллография . Часть А. Методы энзимологии. Том. 276. стр. 344–58. дои : 10.1016/s0076-6879(97)76068-3 . ISBN 978-0-12-182177-7 . ПМИД 9048378 .
^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж Хауден Эй Джей, генеральный менеджер Престона (июль 2009 г.). «Ферменты нитрилазы и их роль во взаимодействиях растений и микробов» . Микробная биотехнология . 2 (4): 441–51. дои : 10.1111/j.1751-7915.2009.00111.x . ПМЦ 3815905 . ПМИД 21255276 .
^ Форверк С., Бернацкий С., Хиллебранд Х., Янзик И., Мюллер А., Вейлер Э.В., Пиотровски М. (март 2001 г.). «Ферментативная характеристика подсемейства рекомбинантных нитрилаз Arabidopsis thaliana, кодируемых кластером генов NIT2/NIT1/NIT3». Планта . 212 (4): 508–16. Бибкод : 2001Завод.212..508В . дои : 10.1007/s004250000420 . ПМИД 11525507 . S2CID 25573914 .
^ Пиотровский М. (ноябрь 2008 г.). «Первичный или вторичный? Универсальные нитрилазы в метаболизме растений». Фитохимия . 69 (15): 2655–67. Бибкод : 2008PChem..69.2655P . doi : 10.1016/j.phytochem.2008.08.020 . ПМИД 18842274 .
^ Jump up to: ^а ^б Хауден Эй Джей, Харрисон Си Джей, генеральный менеджер Престон (январь 2009 г.). «Консервативный механизм метаболизма нитрила у бактерий и растений» . Заводской журнал . 57 (2): 243–53. дои : 10.1111/j.1365-313X.2008.03682.x . ПМИД 18786181 .
^ Кизиак С., Конрад Д., Штольц А., Маттес Р., Кляйн Дж. (ноябрь 2005 г.). «Нитрилаза из Pseudomonas fluorescens EBC191: клонирование и гетерологичная экспрессия гена и биохимическая характеристика рекомбинантного фермента» . Микробиология . 151 (Часть 11): 3639–48. дои : 10.1099/mic.0.28246-0 . ПМИД 16272385 .
^ Легра Дж.Л., Чузель Дж., Арно А., Галзи П. (июнь 1990 г.). «Природные нитрилы и их метаболизм». Всемирный журнал микробиологии и биотехнологии . 6 (2): 83–108. дои : 10.1007/BF01200927 . ПМИД 24429979 . S2CID 5463965 .

Внешние ссылки

нитрилаза в Национальной медицинской библиотеке США по медицинским предметным рубрикам (MeSH)

[:0-1] Jump up to: ^а ^б Пейс ХК, Бреннер С (2001). «Суперсемейство нитрилаз: классификация, строение и функции» . Геномная биология . 2 (1): ОБЗОРЫ0001. doi : 10.1186/gb-2001-2-1-reviews0001 . ПМК 150437 . ПМИД 11380987 .

[2] Тиманн К.В., Махадеван С. (апрель 1964 г.). «Нитрилаза. I. Возникновение, получение и общие свойства фермента». Архив биохимии и биофизики . 105 : 133–41. дои : 10.1016/0003-9861(64)90244-9 . ПМИД 14165487 .

[Piotrowski_2001-3] Jump up to: ^а ^б Пиотровски М., Шенфельдер С., Вейлер Э.В. (январь 2001 г.). «Изоген NIT4 Arabidopsis thaliana и его ортологи в табаке кодируют бета-циано-L-аланингидратазу/нитрилазу» . Журнал биологической химии . 276 (4): 2616–21. дои : 10.1074/jbc.M007890200 . ПМИД 11060302 .

[Gong_2012-4] Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж Гонг Дж.С., Лу З.М., Ли Х., Ши Дж.С., Чжоу З.М., Сюй Чж. (октябрь 2012 г.). «Нитрилазы в нитрильном биокатализе: последние достижения и предстоящие исследования» . Заводы по производству микробных клеток . 11 : 142. дои : 10.1186/1475-2859-11-142 . ПМЦ 3537687 . ПМИД 23106943 .

[Heinemann_2003-5] Хайнеманн У, Энгельс Д, Бюргер С, Кизиак С, Маттес Р, Штольц А (2003). «Клонирование гена нитрилазы из штамма PCC6803 цианобактерии Synechocystis sp., а также гетерологичная экспрессия и характеристика кодируемого белка» . Прикладная и экологическая микробиология . 69 (8): 4359–66. Бибкод : 2003ApEnM..69.4359H . дои : 10.1128/АЕМ.69.8.4359-4366.2003 . ПМК 169084 . ПМИД 12902216 .

[Raczynska_2011-6] Jump up to: ^а ^б ^с ^д Рачинска Ю.Е., Воргиас К.Э., Антраникян Г., Рыпневски В. (февраль 2011 г.). «Кристаллографический анализ термоактивной нитрилазы». Журнал структурной биологии . 173 (2): 294–302. дои : 10.1016/j.jsb.2010.11.017 . ПМИД 21095228 .

[O'Reilly_2003-7] Jump up to: ^а ^б ^с ^д О'Рейли С., Тернер П.Д. (2003). «Семейство нитрилазных ферментов, гидролизующих CN, - сравнительное исследование». Журнал прикладной микробиологии . 95 (6): 1161–74. дои : 10.1046/j.1365-2672.2003.02123.x . ПМИД 14632988 . S2CID 8278739 .

[Nakai_2000-8] Jump up to: ^а ^б Накаи Т., Хасегава Т., Ямашита Э., Ямамото М., Кумасака Т., Уэки Т., Нанба Х., Икенака Ю., Такахаши С., Сато М., Цукихара Т. (июль 2000 г.). «Кристаллическая структура амидогидролазы N-карбамил-D-аминокислот с новым каталитическим каркасом, общим для амидогидролаз» . Структура 8 (7): 729–37. дои : 10.1016/s0969-2126(00)00160-x . ПМИД 10903946 .

[9] Пейс ХК, Ходавадекар СК, Драганеску А, Хуанг Дж, Биегановски П, Пекарски Ю, Кроче СМ, Бреннер К (27 июля 2017 г.). «Кристаллическая структура белка Rosetta Stone червя NitFhit обнаруживает тетрамер Nit, связывающий два димера Fhit» . Современная биология . 10 (15): 907–17. дои : 10.1016/s0960-9822(00)00621-7 . ПМИД 10959838 . S2CID 4644034 .

[10] Йейтс Т.О. (1 января 1997 г.). «Обнаружение и преодоление двойников кристаллов». Макромолекулярная кристаллография . Часть А. Методы энзимологии. Том. 276. стр. 344–58. дои : 10.1016/s0076-6879(97)76068-3 . ISBN 978-0-12-182177-7 . ПМИД 9048378 .

[Howden_2009-11] Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж Хауден Эй Джей, генеральный менеджер Престона (июль 2009 г.). «Ферменты нитрилазы и их роль во взаимодействиях растений и микробов» . Микробная биотехнология . 2 (4): 441–51. дои : 10.1111/j.1751-7915.2009.00111.x . ПМЦ 3815905 . ПМИД 21255276 .

[12] Форверк С., Бернацкий С., Хиллебранд Х., Янзик И., Мюллер А., Вейлер Э.В., Пиотровски М. (март 2001 г.). «Ферментативная характеристика подсемейства рекомбинантных нитрилаз Arabidopsis thaliana, кодируемых кластером генов NIT2/NIT1/NIT3». Планта . 212 (4): 508–16. Бибкод : 2001Завод.212..508В . дои : 10.1007/s004250000420 . ПМИД 11525507 . S2CID 25573914 .

[13] Пиотровский М. (ноябрь 2008 г.). «Первичный или вторичный? Универсальные нитрилазы в метаболизме растений». Фитохимия . 69 (15): 2655–67. Бибкод : 2008PChem..69.2655P . doi : 10.1016/j.phytochem.2008.08.020 . ПМИД 18842274 .

[Howden_2009b-14] Jump up to: ^а ^б Хауден Эй Джей, Харрисон Си Джей, генеральный менеджер Престон (январь 2009 г.). «Консервативный механизм метаболизма нитрила у бактерий и растений» . Заводской журнал . 57 (2): 243–53. дои : 10.1111/j.1365-313X.2008.03682.x . ПМИД 18786181 .

[15] Кизиак С., Конрад Д., Штольц А., Маттес Р., Кляйн Дж. (ноябрь 2005 г.). «Нитрилаза из Pseudomonas fluorescens EBC191: клонирование и гетерологичная экспрессия гена и биохимическая характеристика рекомбинантного фермента» . Микробиология . 151 (Часть 11): 3639–48. дои : 10.1099/mic.0.28246-0 . ПМИД 16272385 .

[16] Легра Дж.Л., Чузель Дж., Арно А., Галзи П. (июнь 1990 г.). «Природные нитрилы и их метаболизм». Всемирный журнал микробиологии и биотехнологии . 6 (2): 83–108. дои : 10.1007/BF01200927 . ПМИД 24429979 . S2CID 5463965 .

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]

[ 11 ]

[ 12 ]

[ 13 ]

[ 14 ]

[ 15 ]

[ 16 ]

v т и Гидролазы : углеродно-азотные непептидные ( EC 3,5)
3.5.1: Linear amides / Amidohydrolases	Asparaginase Glutaminase Urease Biotinidase Aminoacylase ACY1 Aspartoacylase(ACY2) ACY3 Ceramidase Aspartylglucosaminidase Fatty acid amide hydrolase Histone deacetylase Sirtuin
3.5.2: Cyclic amides/ Amidohydrolases	Barbiturase Beta-lactamase Dihydroorotase
3.5.3: Linear amidines/ Ureohydrolases	Arginase Agmatinase Protein-arginine deiminase
3.5.4: Cyclic amidines/ Aminohydrolases	Guanine deaminase Adenosine deaminase AMP deaminase Inosine monophosphate synthase DCMP deaminase GTP cyclohydrolase I Cytidine deaminase AICDA Activation-induced cytidine deaminase
3.5.5: Nitriles/ Aminohydrolases	Nitrilase
3.5.99: Other	Riboflavinase Thiaminase II

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)