Дегидрогеназа D-аминокислот

Дегидрогеназа D-аминокислот (EC 1.4.99.1 ) представляет собой бактериальный фермент, который катализирует окисление D-аминокислот в соответствующие оксокислоты . он содержит как флавиновое , так и негемовое железо . В качестве кофакторов ^{[ 1 ]} Фермент обладает очень широкой специфичностью и может действовать на большинство D-аминокислот. ^{[ 2 ]}

D-аминокислота + H ₂ O + акцептор <=> 2-оксокислота + NH ₃ + восстановленный акцептор

Эта реакция отличается от реакции окисления, катализируемой оксидазой D-аминокислот , которая использует кислород в качестве второго субстрата, поскольку дегидрогеназа может использовать множество различных соединений в качестве акцепторов электронов, при этом физиологическим субстратом является кофермент Q. ^{[ 1 ]}^{[ 3 ]}

Дегидрогеназа D-аминокислот представляет собой фермент, который катализирует НАДФН из НАДФ+ и D-глюкозы с образованием D-аминокислот и глюкозодегидрогеназы. Некоторыми, помимо прочего, этими аминокислотами являются D-лейцин, D-изолейцин и D-валин, которые являются незаменимыми аминокислотами, которые люди не могут синтезировать из-за того, что они не включены в их рацион. Более того, D-аминокислоты катализируют образование 2-оксокислот с образованием D-аминокислот в присутствии DCIP, который является акцептором электронов. ^{[ 4 ]} D-аминокислоты используются в качестве компонентов фармацевтических продуктов, таких как антибиотики, антикоагулянты и пестициды, поскольку было доказано, что они не только более эффективны, чем их L-энантиомеры, но и более устойчивы к расщеплению ферментами. ^{[ 5 ]} Ферменты дегидрогеназы D-аминокислот были синтезированы посредством мутагенеза со способностью продуцировать прямые, разветвленные, циклические алифатические и ароматические D-аминокислоты. ^{[ 5 ]} Солюбилизированная дегидрогеназа D-аминокислот имеет тенденцию увеличивать свое сродство к D-аланину, D-аспарагину и D-аминокислотам. $\alpha$ -амино-н-бутират. ^{[ 6 ]}

В E. coli дегидрогеназа D-аминокислот K12 наиболее активна с D-аланином в качестве субстрата, поскольку эта аминокислота является единственным источником углерода, азота и энергии. Фермент оптимально работает при pH 8,9 и имеет константу Михаэлиса для D-аланина, равную 30 мМ. ^{[ 7 ]} DAD, обнаруженный в мембране B грамотрицательных бактерий E. coli, также может превращать L-аминокислоты в D-аминокислоты. ^{[ 8 ]}

Кроме того, дегидрогеназа D-аминокислот используется в дегидрогеназе, связанной с красителем (Dye-DH), которая использует искусственные красители, такие как 2,6-дихлориндофенол (DCIP), в качестве акцептора электронов, а не их природные акцепторы электронов. Это может ускорить реакцию между ферментом и субстратом при переносе электронов. ^{[ 9 ]}

Использование в реакциях синтеза

Дегидрогеназа D-аминокислот показала свою эффективность в синтезе аминокислот с разветвленной цепью, таких как D-лейцин, D-изолейцин и D-валин. В данном исследовании исследователям удалось успешно использовать дегидрогеназу D-аминокислот для создания больших количеств этих продуктов из исходного материала 2-оксокислот в присутствии аммиака. Условия для этого были переменными, хотя лучшие результаты были получены при температуре около 65 °C.

Аминокислоты, полученные в результате этих реакций, имели высокую энантиоселективность >99% и высокие выходы >99%.

Учитывая природу этого фермента, его можно использовать для создания неразветвленных D-аминокислот, а также модифицированных D-аминокислот. ^{[ 10 ]}

Получение дегидрогеназы D-аминокислот

В одном исследовании, чтобы проверить жизнеспособность использования D-аминодегидрогеназы в реакциях синтеза, исследователи использовали мутантные бактерии для получения и создания различных штаммов фермента. Эти исследователи обнаружили, что для того, чтобы модифицировать селективную D-аминодегидрогеназу и заставить ее работать с другими D-аминокислотами, потребовалось всего пять мутаций. Они также обнаружили, что он сохранил свою высокоселективную природу, способную получать после мутации в основном D-энантиомеры с выходами, превышающими 95%. ^{[ 5 ]}

Термостабильный вариант дегидрогеназы D-аминокислот обнаружен у бактерии Rhodothermus marinus JCM9785. Этот вариант участвует в катаболизме транс-4-гидрокси-L-пролина. ^{[ 11 ]}

Судя по данным исследований, для получения дегидрогеназы D-аминокислот необходимо сначала ввести и экспрессировать ее в пределах данного вида бактерий, некоторые из которых упоминались ранее. Затем его необходимо очистить в благоприятных условиях. Они основаны на конкретных видах дегидрогеназы D-аминокислот, использованных в данном исследовательском эксперименте. При неправильных условиях белок может денатурировать. Например, было обнаружено, что именно D-аланиндегидрогеназы E. coli и P. aeruginosa теряют большую часть своей активности при воздействии условий 37–42 °C. После этого можно отделить и очистить существующими методами. ^{[ 12 ]}

Искусственная дегидрогеназа D-аминокислот

Из-за недостатков существующих методов исследователи начали работу по созданию искусственного фермента, способного производить те же D-аминокислоты, что и ферменты из природных источников. Добавив пять аминокислот к образцу, выделенному из U. thermosphaericus, они добились успеха. Модифицировав последовательность аминокислот, исследователи смогли изменить специфичность молекулы по отношению к определенным реагентам и продуктам, показав, что можно использовать искусственную дегидрогеназу D-аминокислот для скрининга определенных продуктов D-аминокислот. ^{[ 13 ]}

См. также

Ссылки

^ Jump up to: ^а ^б Ольсевски П.Дж., Качоровски Г.Дж., Уолш С. (25 мая 1980 г.). «Очистка и свойства дегидрогеназы D-аминокислот, индуцибельного мембраносвязанного железо-серного флавофермента из Escherichia coli B» . Ж. Биол. Хим . 255 (10): 4487–94. дои : 10.1016/S0021-9258(19)85517-5 . ПМИД 6102989 .
^ Цукада К. (10 октября 1966 г.). «Дегидрогеназы D-аминокислот Pseudomonas fluorescens» . Ж. Биол. Хим . 241 (19): 4522–8. дои : 10.1016/S0021-9258(18)99750-4 . hdl : 2433/211070 . ПМИД 5925166 .
^ Джонс Х., Венейблс, Вашингтон (1983). «Влияние солюбилизации на некоторые свойства мембраносвязанного респираторного фермента дегидрогеназы D-аминокислот Escherichia coli» . Письма ФЭБС . 151 (2): 189–92. дои : 10.1016/0014-5793(83)80066-0 . ПМИД 6131836 . S2CID 26120769 .
^ Акита, Хиронага; Сузуки, Хирокадзу; Дои, Кацуми; Осима, Тошихиса (1 февраля 2014 г.). «Эффективный синтез аминокислот с d-разветвленной цепью и их меченых соединений стабильными изотопами с использованием дегидрогеназы d-аминокислот». Прикладная микробиология и биотехнология . 98 (3): 1135–1143. дои : 10.1007/s00253-013-4902-1 . ISSN 1432-0614 . ПМИД 23661083 . S2CID 2640504 .
^ Jump up to: ^а ^б ^с Ведха-Петерс, Кавита; Гунавардана, Манджула; Роззелл, Дж. Дэвид; Новик, Скотт Дж. (август 2006 г.). «Создание дегидрогеназы аминокислот широкого спектра действия и с высокой степенью стереоселективности для одностадийного синтеза d-аминокислот» . Журнал Американского химического общества . 128 (33): 10923–10929. дои : 10.1021/ja0603960 . ISSN 0002-7863 . ПМЦ 2533268 . ПМИД 16910688 .
^ Джонс, Х. (январь 1983 г.). «Влияние солюбилизации на некоторые свойства мембраносвязанного дыхательного фермента D-аминокислоты Escherichia coli» . Письма ФЭБС . 151 (2): 189–192. дои : 10.1016/0014-5793(83)80066-0 . ПМИД 6131836 . S2CID 26120769 .
^ Франклин, FCH (10 января 1976 г.). «Биохимические, генетические и регуляторные исследования катаболизма аланина в Escherichia coli K12». Молекулярная и общая генетика . 149 (2): 229–237. дои : 10.1007/BF00332894 . ПМИД 13292 . S2CID 22823588 .
^ Сюй, Джинджин; Бай, Яджун; Фань, Тайпин; Чжэн, Сяохуэй; Цай, Юцзе (4 июля 2017 г.). «Экспрессия, очистка и характеристика мембраносвязанной дегидрогеназы d-аминокислот из Proteus mirabilis JN458». Биотехнологические письма . 39 (10): 1559–1566. дои : 10.1007/s10529-017-2388-0 . ISSN 0141-5492 . ПМИД 28676939 . S2CID 11335026 .
^ Сатомура, Такенори; Сакураба, Харухико; Суе, Син-итиро; Осима, Тошихиса (1 ноября 2015 г.). «Связанные с красителем дегидрогеназы D-аминокислот: биохимические характеристики и применение в биотехнологии». Прикладная микробиология и биотехнология . 99 (22): 9337–9347. дои : 10.1007/s00253-015-6944-z . ISSN 1432-0614 . ПМИД 26362681 . S2CID 12495865 .
^ Акита, Хиронага; Сузуки, Хирокадзу; Дои, Кацуми; Осима, Тошихиса (10 мая 2013 г.). «Эффективный синтез аминокислот с d-разветвленной цепью и их меченых соединений стабильными изотопами с использованием дегидрогеназы d-аминокислот». Прикладная микробиология и биотехнология . 98 (3): 1135–1143. дои : 10.1007/s00253-013-4902-1 . ISSN 0175-7598 . ПМИД 23661083 . S2CID 2640504 .
^ Сатомура, Такенори; Исикура, Масару; Коянаги, Такаши; Сакураба, Харухико; Осима, Тошихиса; Суе, Син-итиро (05 декабря 2014 г.). «Связанная с красителем дегидрогеназа d-аминокислот термофильной бактерии Rhodothermus marinus JCM9785: характеристики и роль в катаболизме транс-4-гидрокси-1-пролина». Прикладная микробиология и биотехнология . 99 (10): 4265–4275. дои : 10.1007/s00253-014-6263-9 . ISSN 0175-7598 . ПМИД 25472442 . S2CID 11805375 .
^ Сюй, Джинджин; Бай, Яджун; Фань, Тайпин; Чжэн, Сяохуэй; Цай, Юцзе (04 июля 2017 г.). «Экспрессия, очистка и характеристика мембраносвязанной дегидрогеназы d-аминокислот из Proteus mirabilis JN458». Биотехнологические письма . 39 (10): 1559–1566. дои : 10.1007/s10529-017-2388-0 . ISSN 0141-5492 . ПМИД 28676939 . S2CID 11335026 .
^ Акита, Хиронага; Хаяши, Джунджи; Сакураба, Харухико; Осима, Тошихиса (3 августа 2018 г.). «Искусственная термостабильная дегидрогеназа D-аминокислот: создание и применение» . Границы микробиологии . 9 : 1760. дои : 10.3389/fmicb.2018.01760 . ISSN 1664-302X . ПМК 6085447 . ПМИД 30123202 .

Внешние ссылки

[Olsiewski-1] Jump up to: ^а ^б Ольсевски П.Дж., Качоровски Г.Дж., Уолш С. (25 мая 1980 г.). «Очистка и свойства дегидрогеназы D-аминокислот, индуцибельного мембраносвязанного железо-серного флавофермента из Escherichia coli B» . Ж. Биол. Хим . 255 (10): 4487–94. дои : 10.1016/S0021-9258(19)85517-5 . ПМИД 6102989 .

[2] Цукада К. (10 октября 1966 г.). «Дегидрогеназы D-аминокислот Pseudomonas fluorescens» . Ж. Биол. Хим . 241 (19): 4522–8. дои : 10.1016/S0021-9258(18)99750-4 . hdl : 2433/211070 . ПМИД 5925166 .

[3] Джонс Х., Венейблс, Вашингтон (1983). «Влияние солюбилизации на некоторые свойства мембраносвязанного респираторного фермента дегидрогеназы D-аминокислот Escherichia coli» . Письма ФЭБС . 151 (2): 189–92. дои : 10.1016/0014-5793(83)80066-0 . ПМИД 6131836 . S2CID 26120769 .

[4] Акита, Хиронага; Сузуки, Хирокадзу; Дои, Кацуми; Осима, Тошихиса (1 февраля 2014 г.). «Эффективный синтез аминокислот с d-разветвленной цепью и их меченых соединений стабильными изотопами с использованием дегидрогеназы d-аминокислот». Прикладная микробиология и биотехнология . 98 (3): 1135–1143. дои : 10.1007/s00253-013-4902-1 . ISSN 1432-0614 . ПМИД 23661083 . S2CID 2640504 .

[ReferenceA-5] Jump up to: ^а ^б ^с Ведха-Петерс, Кавита; Гунавардана, Манджула; Роззелл, Дж. Дэвид; Новик, Скотт Дж. (август 2006 г.). «Создание дегидрогеназы аминокислот широкого спектра действия и с высокой степенью стереоселективности для одностадийного синтеза d-аминокислот» . Журнал Американского химического общества . 128 (33): 10923–10929. дои : 10.1021/ja0603960 . ISSN 0002-7863 . ПМЦ 2533268 . ПМИД 16910688 .

[6] Джонс, Х. (январь 1983 г.). «Влияние солюбилизации на некоторые свойства мембраносвязанного дыхательного фермента D-аминокислоты Escherichia coli» . Письма ФЭБС . 151 (2): 189–192. дои : 10.1016/0014-5793(83)80066-0 . ПМИД 6131836 . S2CID 26120769 .

[7] Франклин, FCH (10 января 1976 г.). «Биохимические, генетические и регуляторные исследования катаболизма аланина в Escherichia coli K12». Молекулярная и общая генетика . 149 (2): 229–237. дои : 10.1007/BF00332894 . ПМИД 13292 . S2CID 22823588 .

[8] Сюй, Джинджин; Бай, Яджун; Фань, Тайпин; Чжэн, Сяохуэй; Цай, Юцзе (4 июля 2017 г.). «Экспрессия, очистка и характеристика мембраносвязанной дегидрогеназы d-аминокислот из Proteus mirabilis JN458». Биотехнологические письма . 39 (10): 1559–1566. дои : 10.1007/s10529-017-2388-0 . ISSN 0141-5492 . ПМИД 28676939 . S2CID 11335026 .

[9] Сатомура, Такенори; Сакураба, Харухико; Суе, Син-итиро; Осима, Тошихиса (1 ноября 2015 г.). «Связанные с красителем дегидрогеназы D-аминокислот: биохимические характеристики и применение в биотехнологии». Прикладная микробиология и биотехнология . 99 (22): 9337–9347. дои : 10.1007/s00253-015-6944-z . ISSN 1432-0614 . ПМИД 26362681 . S2CID 12495865 .

[10] Акита, Хиронага; Сузуки, Хирокадзу; Дои, Кацуми; Осима, Тошихиса (10 мая 2013 г.). «Эффективный синтез аминокислот с d-разветвленной цепью и их меченых соединений стабильными изотопами с использованием дегидрогеназы d-аминокислот». Прикладная микробиология и биотехнология . 98 (3): 1135–1143. дои : 10.1007/s00253-013-4902-1 . ISSN 0175-7598 . ПМИД 23661083 . S2CID 2640504 .

[11] Сатомура, Такенори; Исикура, Масару; Коянаги, Такаши; Сакураба, Харухико; Осима, Тошихиса; Суе, Син-итиро (05 декабря 2014 г.). «Связанная с красителем дегидрогеназа d-аминокислот термофильной бактерии Rhodothermus marinus JCM9785: характеристики и роль в катаболизме транс-4-гидрокси-1-пролина». Прикладная микробиология и биотехнология . 99 (10): 4265–4275. дои : 10.1007/s00253-014-6263-9 . ISSN 0175-7598 . ПМИД 25472442 . S2CID 11805375 .

[12] Сюй, Джинджин; Бай, Яджун; Фань, Тайпин; Чжэн, Сяохуэй; Цай, Юцзе (04 июля 2017 г.). «Экспрессия, очистка и характеристика мембраносвязанной дегидрогеназы d-аминокислот из Proteus mirabilis JN458». Биотехнологические письма . 39 (10): 1559–1566. дои : 10.1007/s10529-017-2388-0 . ISSN 0141-5492 . ПМИД 28676939 . S2CID 11335026 .

[13] Акита, Хиронага; Хаяши, Джунджи; Сакураба, Харухико; Осима, Тошихиса (3 августа 2018 г.). «Искусственная термостабильная дегидрогеназа D-аминокислот: создание и применение» . Границы микробиологии . 9 : 1760. дои : 10.3389/fmicb.2018.01760 . ISSN 1664-302X . ПМК 6085447 . ПМИД 30123202 .

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]

[ 11 ]

[ 12 ]

[ 13 ]

v т и CH-NH ₂ оксидоредуктазы ( EC 1.4) - преимущественно оксидоредуктазы аминокислот.
1.4.1: NAD/NADP acceptor	Glutamate dehydrogenase GLUD1 GLUD2 Glutamate synthase (NADPH)
1.4.3: oxygen acceptor	D-amino acid oxidase Amine oxidase (Copper-containing (Lysyl Diamine Primary-amine)) (Flavin-containing (Monoamine)))
1.4.4: disulfide acceptor	Glycine cleavage system
1.4.99: other acceptors	D-amino acid dehydrogenase Amine dehydrogenase

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)