Нитрилгидратаза
| нитрилгидратаза | |||
|---|---|---|---|
| Идентификаторы | |||
| Номер ЕС. | 4.2.1.84 | ||
| Номер CAS. | 82391-37-5 | ||
| 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 | ||
| |||
Нитрилгидратазы ( NHases ; EC 4.2.1.84 ) представляют собой моноядерные ферменты железа или некорриноидного кобальта , которые катализируют гидратацию различных нитрилов до соответствующих им амидов :
- RC≡N + Ч
2 О → RC(O)NH
2
Металлический кофактор
[ редактировать ]Нитрилгидратазы используют Fe(III) или Co(III) в своих активных центрах. Эти ионы низкоспиновые. [ 1 ]
Нитрилгидратазы на основе кобальта являются редкими примерами ферментов, использующих кобальт. Кобальт , когда он встречается в ферментах, обычно связан с корриновым кольцом, как в витамине B 12 .
Механизм, с помощью которого кобальт транспортируется к NHазе, не вызывая токсичности, неясен, хотя пермеаза была идентифицирована кобальта, которая транспортирует кобальт через клеточную мембрану. Идентичность металла в активном центре нитрилгидратазы можно предсказать путем анализа данных последовательности альфа-субъединицы в области, где связан металл. Наличие аминокислотной последовательности VCTLC указывает на коцентрированную NHазу, а наличие VCSLC указывает на Fe-центрированную NHазу.
Метаболический путь
[ редактировать ]Нитрилгидратаза и амидаза представляют собой два гидратирующих и гидролитических фермента, ответственных за последовательный метаболизм нитрилов в бактериях, которые способны использовать нитрилы в качестве единственного источника азота и углерода и совместно действуют как альтернатива активности нитрилазы , которая осуществляет гидролиз нитрила без образование промежуточного первичного амида. Было высказано предположение , что последовательность в геноме хоанофлагелляты Monosiga brevicollis кодирует нитрилгидратазу. [ 2 ] Ген M. brevicollis состоял из альфа- и бета-субъединиц, слитых в один ген. Сходные гены нитрилгидратазы, состоящие из слияния бета- и альфа-субъединиц, с тех пор были идентифицированы в нескольких супергруппах эукариот, что позволяет предположить, что такие нитрилгидратазы присутствовали у последнего общего предка всех эукариот . [ 3 ]
Промышленное применение
[ редактировать ]NHазы эффективно используются для промышленного производства акриламида из акрилонитрила. [ 4 ] в масштабе 600 000 тонн в год, [ 5 ] и для удаления нитрилов из сточных вод. Фоточувствительные NHазы по своей природе содержат оксид азота (NO), связанный с центром железа, и его фотодиссоциация активирует фермент. Никотинамид производится промышленным способом. [ 4 ] гидролизом 3-цианопиридина, катализируемым нитрилгидратазой Rhodococcus rhodochrous J1, [ 6 ] [ 7 ] производство 3500 тонн никотинамида в год для использования в кормах для животных. [ 5 ]
Структура
[ редактировать ]
NHазы состоят из двух типов субъединиц, α и β, которые не связаны по аминокислотной последовательности. NHазы существуют в виде αβ-димеров или α2β2 - тетрамеров и связывают один атом металла на единицу αβ. Определены трехмерные структуры ряда NHаз. Субъединица α состоит из длинного вытянутого N-концевого «плеча», содержащего две α-спирали, и С-концевого домена с необычной четырехслойной структурой (α-β-β-α). Субъединица β состоит из длинной N-концевой петли, которая обертывает субъединицу α, спирального домена, который упаковывается с N-концевым доменом субъединицы α, и С-концевого домена, состоящего из β-ролла и одной короткой спирали.
|
| ||||||||||||||||||||||||||||||||
Сборка
[ редактировать ]Путь сборки нитрилгидратазы был впервые предложен, когда эксперименты по гель-фильтрации показали, что комплекс существует как в формах αβ, так и в форме α2β2. [ 9 ] Эксперименты in vitro с использованием масс-спектрометрии также показали, что субъединицы α и β сначала собираются с образованием димера αβ. Затем димеры могут взаимодействовать с образованием тетрамера. [ 10 ]
Механизм
[ редактировать ]Металлический центр расположен в центральной полости на границе двух субъединиц. Все белковые лиганды атома металла обеспечиваются α-субъединицей. Белковыми лигандами железа являются боковые цепи трех остатков цистеина (Cys) и двух атомов азота амида основной цепи. Ион металла координирован октаэдрически, с белковыми лигандами в пяти вершинах октаэдра. Шестое положение, доступное для щели активного центра, занято либо NO, либо заменяемым в растворителе лигандом (гидроксидом или водой). Два остатка Cys, координированные с металлом, посттрансляционно модифицируются до цис- сульфиновой (Cys-SO 2 H) и -сульфеновой (Cys-SOH) кислот.
Квантово-химические исследования предсказали, что остаток Cys-SOH может играть роль основания (активируя нуклеофильную молекулу воды) [ 11 ] или как нуклеофил. [ 12 ] Впоследствии функциональная роль SOH-центра как нуклеофила получила экспериментальное подтверждение. [ 13 ]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Карунагала Патхиранаге, Васанта Ланкатхилака; Гуматаотао, Натали; Фидлер, Адам Т.; Хольц, Ричард С.; Беннетт, Брайан (2021). «Идентификация промежуточных видов на пути реакции нитрилгидратазы методом ЭПР-спектроскопии» . Биохимия . 60 (49): 3771–3782. doi : 10.1021/acs.biochem.1c00574 . ПМЦ 8721871 . ПМИД 34843221 .
- ^ Ферстнер К.У., Доркс Т., Мюллер Дж., Раес Дж., Борк П. (2008). Ханненхалли С. (ред.). «Нитрилгидратаза у эукариот Monosiga brevicollis» . ПЛОС ОДИН . 3 (12): e3976. Бибкод : 2008PLoSO...3.3976F . дои : 10.1371/journal.pone.0003976 . ПМК 2603476 . ПМИД 19096720 .
- ^ Маррон А.О., Акам М., Уокер Г. (2012). Стиллер Дж. (ред.). «Гены нитрилгидратазы присутствуют во многих супергруппах эукариот» . ПЛОС ОДИН . 7 (4): e32867. Бибкод : 2012PLoSO...732867M . дои : 10.1371/journal.pone.0032867 . ПМЦ 3323583 . ПМИД 22505998 .
- ^ Jump up to: а б Шмидбергер, Дж.В.; Хепворт, LJ; Грин, АП; Флич, С.Л. (2015). «Ферментативный синтез амидов» . В Фабере, Курт; Фесснер, Вольф-Дитер; Тернер, Николас Дж. (ред.). Биокатализ в органическом синтезе 1 . Наука синтеза. Георг Тиме Верлаг . стр. 329–372. ISBN 9783131766113 .
- ^ Jump up to: а б Асано, Ю. (2015). «Гидролиз нитрилов до амидов» . В Фабере, Курт; Фесснер, Вольф-Дитер; Тернер, Николас Дж. (ред.). Биокатализ в органическом синтезе 1 . Наука синтеза. Георг Тиме Верлаг . стр. 255–276. ISBN 9783131766113 .
- ^ Нагасава, Тору; Мэтью, Калувадева Дипал; Могер, Жак; Ямада, Хидеаки (1988). «Производство нитрилгидратазы из 3-цианопиридина в Rhodococcus rhodochrous J1, катализируемое нитрилгидратазой» . Прил. Окружающая среда. Микробиол. 54 (7): 1766–1769. Бибкод : 1988ApEnM..54.1766N . дои : 10.1128/АЕМ.54.7.1766-1769.1988 . ПМК 202743 . ПМИД 16347686 .
- ^ Хильтерхаус, Л.; Лизе, А. (2007). «Строительные блоки» . В Ульбере, Роланд; Селл, Дитер (ред.). Белая биотехнология . Достижения в области биохимической инженерии / биотехнологии. Том. 105. Springer Science & Business Media . стр. 133–173. дои : 10.1007/10_033 . ISBN 9783540456957 . ПМИД 17408083 .
{{cite book}}:|journal=игнорируется ( помогите ) - ^ Нагасима С., Накасако М., Домае Н. и др. (май 1998 г.). «Новый негемовый железный центр нитрилгидратазы с клешней из атомов кислорода». Нат. Структура. Биол . 5 (5): 347–51. дои : 10.1038/nsb0598-347 . ПМИД 9586994 . S2CID 20435546 .
- ^ Пейн, Миссисипи; Ву, С; Фэллон, РД; Тюдор, Г; Штиглиц, Б; Тернер, И.М.; Нельсон, MJ (май 1997 г.). «Стереселективная кобальтсодержащая нитрилгидратаза». Биохимия . 36 (18): 5447–54. дои : 10.1021/bi962794t . ПМИД 9154927 .
- ^ Марш Х.А., Эрнандес Х., Холл З., Анерт С.Е., Перика Т., Робинсон К.В., Тейхманн С.А. (апрель 2013 г.). «Белковые комплексы подвергаются эволюционному отбору для сборки упорядоченными путями» . Клетка . 153 (2): 461–470. дои : 10.1016/j.cell.2013.02.044 . ПМК 4009401 . ПМИД 23582331 .
- ^ Хопманн, К.Х.; Го Дж.Д., Химо Ф. (2007). «Теоретическое исследование механизма первой оболочки нитрилгидратазы». Неорг. Хим . 46 (12): 4850–4856. дои : 10.1021/ic061894c . ПМИД 17497847 .
- ^ Хопманн, К.Х.; Химо Ф (март 2008 г.). «Теоретическое исследование механизма второй оболочки нитрилгидратазы». Европейский журнал неорганической химии . 2008 (9): 1406–1412. дои : 10.1002/ejic.200701137 .
- ^ Салетт, М; Ву Р., Санишвили Р., Лю Д., Хольц Р.К. (2014). «Активный центр сульфеновой кислоты-лиганда в нитрилгидратазах может функционировать как нуклеофил» . Журнал Американского химического общества . 136 (4): 1186–1189. дои : 10.1021/ja410462j . ПМЦ 3968781 . ПМИД 24383915 .
{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
Дальнейшее чтение
[ редактировать ]- Прасад, С; Бхалла, ТК (май 2010 г.). «Нитрилгидратазы (NHазы): на стыке науки и промышленности». Достижения биотехнологии . 28 (6): 725–41. doi : 10.1016/j.biotechadv.2010.05.020 . ПМИД 20685247 .
- Ржезницка, К; Шетцле, С; Бетчер, Д; Кляйн, Дж; Борншойер, Юта (август 2009 г.). «Клонирование и функциональная экспрессия нитрилгидратазы (NHase) из Rhodococcus equi TG328-2 в Escherichia coli, ее очистка и биохимическая характеристика». Appl Microbiol Biotechnol . 85 (5): 1417–25. дои : 10.1007/s00253-009-2153-y . ПМИД 19662400 . S2CID 39075717 .
- Песня, Л; Ван, М; Ян, Х; Цянь, С. (июнь 2007 г.). «Очистка и характеристика энантиоселективной нитрилгидратазы из Rhodococcus sp. AJ270». Биотехнологий Дж . 2 (6): 717–24. дои : 10.1002/biot.200600215 . ПМИД 17330219 . S2CID 26881034 .
- Миянага, А; Фушинобу, С; Ито, К; Шоун, Х; Вакаги, Т. (январь 2004 г.). «Мутационный и структурный анализ кобальтсодержащей нитрилгидратазы на субстрате и металлосвязывании» . Eur J Biochem . 271 (2): 429–38. дои : 10.1046/j.1432-1033.2003.03943.x . ПМИД 14717710 .
- Ханн, ЕС; Айзенберг, А; Фагер, СК; Перкинс, штат Невада; Галлахер, ФГ; Купер, С.М.; Гаваган, Дж. Э.; Штиглиц, Б; Хеннесси, СМ; ДиКозимо, Р. (октябрь 1999 г.). «Производство 5-циановалерамида с использованием иммобилизованной Pseudomonas chromraphis B23». Биоорг Мед Хим . 7 (10): 2239–45. дои : 10.1016/S0968-0896(99)00157-1 . ПМИД 10579532 .
