Циклогексанон монооксигеназа
| Циклогексанон монооксигеназа | |||
|---|---|---|---|
| Идентификаторы | |||
| ЕС №. | 1.14.13.22 | ||
| CAS №. | 52037-90-8 | ||
| Базы данных | |||
| Intenz | Intenz View | ||
| Бренда | Бренда вход | ||
| Расширение | Вид Nicezyme | ||
| Кегг | Кегг вход | ||
| Метатический | Метаболический путь | ||
| Напрямую | профиль | ||
| PDB Структуры | RCSB PDB PDBE PDBSUM | ||
| |||
Циклогексанон монооксигеназа ( EC 1.14.13.22 , циклогексанон 1,2-монооксигеназы , циклогексанонксигеназа , циклогексанон: NADPH: оксидредуредуктаза (6-гидроксилирование, 1,2-лактонизирующая) ( naclectore - incterate -in-neptyratice, naded-inptection-n.dactone, naded-in-neptyratice-neptyratice, nadedtinge-neptyratize-neptyratization, nad-neptore -Мообращение) . [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] Этот фермент катализирует следующую химическую реакцию
- циклогексанон + nadph + h + + O 2 Гексано-6-лактон + NADP + + H 2 o
Этот фермент содержит 540 остатков, организованных в одну субъединицу. Циклогексанон монооксигеназа является одним из наиболее заметных монооксигеназ Baeyer-Villiger (BVMO) и имеет низкую субстратную специфичность, позволяя ему катализировать ряд реакций; Учитывая разнообразие субстратов, циклогексанонон монооксигеназа является полезным ферментом для промышленного применения.
Ферментный механизм
[ редактировать ]Циклогексанон монооксигеназа (CHMO) использует NADPH и O 2 в качестве косубстрата и увлечения в качестве кофактора для вставки атома кислорода в субстрат. Процесс включает в себя образование промежуточного уровня Falvin-Peroxide и Criegee . [ 7 ]
CHMO является членом семейства монооксигеназы Baeyer-Villiger (BVMO) и флавинсодержащих монооксигеназ (FMO). [ 7 ]
Циклогексанон подвергается следующему процессу, аналогично реакциям Baeyer-Villiger, который будет преобразован в гексано-6-лактон с использованием CHMO. [ 8 ]
- NADPH прикрепляется к активному сайту CHMO и передает гидрид, что приводит к FADH- и NADP+ .
- Одноэлектронный перенос от FADH- O 2 приводит к супероксидным радикалам и приютному полухинону .
- Рекомбинация радикальной пары приводит к промежуточному промежуточности C4A-Peroxyflavin.
- Промежуточное соединение C4A-Peroxyflavin функционирует как нуклеофил и атакует субстрат циклогексанона, образуя промежуточный Creagee .
- Промежуточное соединение подвергается перестройке, чтобы произвести гексано-6-лактон.
- CHMO выпускает H 2 O и NADP+ и восстанавливает FADH .
CHMO также может оксигенизировать циклические кетоны, ароматические альдегиды и гетероатом-содержащие соединения. [ 9 ]
Структура фермента
[ редактировать ]Использование CHMO, выделенного из Rhodococcus sp. Штамм HI-31 и в комплексе с FAD и NADP+ были получены две кристаллические структуры, показывающие CHMO в открытых и закрытых конформациях. [ 7 ] Структурно CHMO стабилен и содержит 540 остатков, организованных в одну субъединицу.
CHMO contains binding domains for NADP+ and FAD, which are connected by two unstructured loops. The NADP binding domain consists of the segments 152-208 and 335-380 with a helical domain constructed between residues 224-332. The helical domain shifts between the two dinucleotide (NADP+ and FAD) binding domains and helps form the substrate binding pocket. The FAD binding domain consists of the first 140 N-terminal residues as well as residues 387-540 from the C-terminus.[7]
The substrate binding pocket is well defined in the closed conformation and consists of the residues 145−146, 248, 279, 329, 434−435, 437, 492, and 507; FAD and NADP+ also contribute to the shape of the binding pocket.[7]
The key distinction between the open form, CHMOopen, and the closed form, CHMOclosed, lies in the conformation of residues 487-504, which form a loop. In the closed confirmation, the loop folds upon itself, internalizing the center portion of the loop. However, in the open conformation, the loop is not visible. It is predicted that this results from the loop adopting a solvent-exposed conformation.[7]
Biological function
[edit]CHMO is a bacterial flavoenzyme whose main function in the cell is to catalyze the conversion of cyclohexanone, a cyclic ketone, into ε-caprolactone, a key step in the pathway for the biodedgredation of cyclohexanol.[10] However, given the lack of specificity for CHMO, it can be used generally to form lactones from a number of four to six-membered cyclic ketones, which can then be hydrolyzed into aliphatic acids.[10] Moreover, CHMO has the ability to oxygenate aromatic aldehydes and heteroatom-containing compounds – such as trivalent phosphorus and boronic acids– as well, making it a candidate for industrial use.[10]
Industrial relevance
[edit]Utilizing its affinity for multiple substrates and given that the mechanism is one of the most well studied Baeyer-Villiger Monooxygenases (BVMOs) with high regio-, chemo- and enantioselectivity, CHMO has been identified as a useful industrial molecule.[11][7] Strain-specific primers derived from the CMHO gene have already been used to developed and optimized to both quantify and monitor levels of Lysobacter antibioticus, a potential biological disease control for crops, in agricultural soils by PCR and real-time qPCR.[12] With regard to the healthcare industry, CHMO mutants are a candidate for the efficient extraceullular enzymatic synthesis of (S)-omeprazole– a drug for gastroesophageal refux– when expressed by Pichia pastoris, a methylotrophic yeast.[13] Additionally, CHMO has demonstrated its ability to form chiral synthons making CHMO a potential target for more cost-effective drug synthesis, specifically with regard to enantioselective lactones.[10]
References
[edit]- ^ Donoghue NA, Norris DB, Trudgill PW (March 1976). "The purification and properties of cyclohexanone oxygenase from Nocardia globerula CL1 and Acinetobacter NCIB 9871". European Journal of Biochemistry. 63 (1): 175–92. doi:10.1111/j.1432-1033.1976.tb10220.x. PMID 1261545.
- ^ Sheng D, Ballou DP, Massey V (September 2001). "Mechanistic studies of cyclohexanone monooxygenase: chemical properties of intermediates involved in catalysis". Biochemistry. 40 (37): 11156–67. doi:10.1021/bi011153h. PMID 11551214.
- ^ Stewart, J.D. (1998). "Cyclohexanone monooxygenase: a useful reagent for asymmetric Baeyer-Villiger reactions". Curr. Org. Chem. 2 (3): 195–216. doi:10.2174/1385272802666220128191443.
- ^ Kayser M, Mihovilovic M, Mrstik M, Martinez C, Stewart J (1999). "Asymmetric oxidations at sulfur catalyzed by engineered strains that overexpress cyclohexanone monooxygenase". New Journal of Chemistry. 23 (8): 827–832. doi:10.1039/a902283j.
- ^ Ottolina G, Bianchi S, Belloni B, Carrea G, Danieli B (1999). "First asymmetric oxidation of tertiary amines by cyclohexanone monooxygenase". Tetrahedron Lett. 40 (48): 8483–8486. doi:10.1016/s0040-4039(99)01780-3.
- ^ Colonna S, Gaggero N, Carrea G, Ottolina G, Pasta P, Zambianchi F (2002). "First asymmetric epoxidation catalysed by cyclohexanone monooxygenase". Tetrahedron Lett. 43 (10): 1797–1799. doi:10.1016/s0040-4039(02)00029-1.
- ^ Jump up to: a b c d e f g Mirza, I. Ahmad; Yachnin, Brahm J.; Wang, Shaozhao; Grosse, Stephan; Bergeron, Hélène; Imura, Akihiro; Iwaki, Hiroaki; Hasegawa, Yoshie; Lau, Peter C. K.; Berghuis, Albert M. (2009-07-01). "Crystal Structures of Cyclohexanone Monooxygenase Reveal Complex Domain Movements and a Sliding Cofactor". Journal of the American Chemical Society. 131 (25): 8848–8854. doi:10.1021/ja9010578. ISSN 0002-7863. PMID 19385644. S2CID 207138937.
- ^ Fordwour, Osei Boakye; Wolthers, Kirsten R. (2018-12-01). "Active site arginine controls the stereochemistry of hydride transfer in cyclohexanone monooxygenase". Archives of Biochemistry and Biophysics. 659: 47–56. doi:10.1016/j.abb.2018.09.025. ISSN 0003-9861. PMID 30287236. S2CID 52919877.
- ^ Sheng, D.; Ballou, D. P.; Massey, V. (2001-09-18). "Mechanistic studies of cyclohexanone monooxygenase: chemical properties of intermediates involved in catalysis". Biochemistry. 40 (37): 11156–11167. doi:10.1021/bi011153h. ISSN 0006-2960. PMID 11551214.
- ^ Jump up to: a b c d Sheng, Dawei; Ballou, David P.; Massey, Vincent (2001-09-01). "Mechanistic Studies of Cyclohexanone Monooxygenase: Chemical Properties of Intermediates Involved in Catalysis". Biochemistry. 40 (37): 11156–11167. doi:10.1021/bi011153h. ISSN 0006-2960. PMID 11551214.
- ^ Beek, Hugo L. van; Gonzalo, Gonzalo de; Fraaije, Marco W. (2012-03-05). "Blending Baeyer–Villiger monooxygenases: using a robust BVMO as a scaffold for creating chimeric enzymes with novel catalytic properties". Chemical Communications. 48 (27): 3288–3290. doi:10.1039/C2CC17656D. ISSN 1364-548X. PMID 22286124.
- ^ Лина, Фу; Тин, Ван; Ланфанг, Вэй; Джун, Ян; Ци, Лю; Yating, Wang; Син, Ван; Гуанхай, Джи (2018). «Специальное обнаружение лизобактерных штаммов антибиотикуса в сельскохозяйственной почве с использованием ПЦР и ПЦР в реальном времени» . Письма микробиологии FEMS . 365 (20). doi : 10.1093/femsle/fny219 . PMID 30202922 .
- ^ Ли, Я-Джинг; Zheng, Yu-Cong; Geng, Qiang; Лю, Фэн; Чжан, Чжи-Джун; Сюй, Цзянь-Хе; Ю, Ху-Лей (2021-08-27). «Секреторная экспрессия циклогексанонон монооксигеназы метилотрофными дрожжами для эффективного био-окисления омепразола» . Биоресурирование и биопроцесс . 8 (1): 81. doi : 10.1186/s40643-021-00430-1 . ISSN 2197-4365 . PMC 10992682 . S2CID 237330516 .
Внешние ссылки
[ редактировать ]- Циклогексанон+монооксигеназа в Национальной медицинской библиотеке Медицинской библиотеки США (Mesh)
