лактоназа
ацил-L-гомосерин-лактон лактоногидролаза | |||
---|---|---|---|
Идентификаторы | |||
Номер ЕС. | 3.1.1.81 | ||
Номер CAS. | 389867-43-0 | ||
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 | ||
|

Лактоназа (EC 3.1.1.81, ацил-гомосерин-лактоназа ; систематическое название N -ацил- L -гомосерин-лактонлактоногидролаза ) представляет собой металлофермент , продуцируемый некоторыми видами бактерий, который нацеливается и инактивирует ацилированные гомосеринлактоны (АГЛ). Он катализирует реакцию
- N - ацил -L -гомосеринлактон + H 2 O N - ацил- L -гомосерин
Многие виды α- , β- и γ-протеобактерий продуцируют ацилированные лактоны гомосерина, небольшие гормоноподобные молекулы, обычно используемые в качестве сигналов связи между бактериальными клетками в популяции для регулирования экспрессии определенных генов и фенотипического поведения. [ 1 ] Этот тип регуляции генов известен как чувство кворума .
Другие названия этих типов ферментов: -ацил-гомосерин-лактоназа, подавляющая кворум, N фермент, расщепляющий ацил-гомосерин, ацил-гомосерин-лактон-ацилаза, лактоназа AHL, фермент, расщепляющий AHL, фермент, инактивирующий AHL, AHLase, AhlD, AhlK, AiiA, AiiA лактоназа, AiiA-подобный белок, AiiB, AiiC, AttM, делактоназа, лактоназоподобный фермент, N -ацил-гомосерин-лактоназа, , N-ацил-гомосерин-лактон-гидролаза - N-ацил-гомосерин-лактон-лактоназа, N ацил- L , тушащий кворум -гомосерин-лактон-гидролаза, лактоназа, тушащая кворум, N -ацил-гомосерин лактонгидролаза . [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ] [ 9 ] [ 10 ] [ 11 ] [ 12 ]
Ферментативный механизм
[ редактировать ]Лактоназа гидролизует сложноэфирную связь гомосеринлактонного кольца ацилированных гомосеринлактонов. При гидролизе лактонной связи лактоназа предотвращает связывание этих сигнальных молекул с их целевыми регуляторами транскрипции, тем самым ингибируя чувство кворума . [ 13 ]
Структура фермента
[ редактировать ]Двуядерный сайт связывания цинка консервативен во всех известных лактоназах и необходим для активности ферментов и сворачивания белков. [ 14 ]
Zn1 тетракоординирован His104, His106, His169 и мостиковым гидроксид-ионом. Zn2 имеет пять лигандов, включая Asp191, His235, His109, Asp108 и мостиковый гидроксид-ион. Ионы металлов способствуют поляризации лактонной связи, увеличивая электрофильность карбонильного углерода лактонного кольца. Исследования по мечению изотопов показали, что раскрытие кольца происходит в результате реакции присоединения и отщепления с добавлением воды, показанной ниже. [ 15 ]
Биологическая функция
[ редактировать ]Лактоназы способны мешать опосредованному АГЛ ощущению кворума. Некоторыми примерами этих лактоназ являются AiiA, продуцируемые видами Bacillus , AttM и AiiB, продуцируемые Agrobacterium tumefaciens , и QIcA, продуцируемые видами Hyphomicrobiales . [ 16 ]
Сообщалось о лактоназах для Bacillus, Agrobacterium, Rhodococcus, Streptomyces, Arthrobacter, Pseudomonas и Klebsiella . [ 17 ] Было обнаружено, что группа Bacillus cereus (состоящая из B. cereus, B. thuringiensis, B. mycoides и B. anthracis ) содержит девять генов, гомологичных гену AiiA, который кодирует ферменты, инактивирующие AHL, с консервативным каталитическим цинксвязывающим мотивом. во всех случаях. [ 18 ]
У фитопатогена A. tumefaciens лактоназа AiiB действует как тонкий модулятор, который существенно задерживает высвобождение лактона OC8-HSL и, как следствие, количество опухолей, продуцируемых патогеном. Лактоназа AttM опосредует деградацию лактона OC8-HSL в поврежденных тканях растений. [ 19 ]
Основная активность ферментов антиатеросклеротической параоксоназы (ПОН) - лактоназа. [ 20 ] Окисленные полиненасыщенные жирные кислоты (особенно в окисленных липопротеинах низкой плотности ) образуют лактоноподобные структуры, которые являются субстратами PON. [ 20 ]
Экология
[ редактировать ]Экологические эффекты лактоназы до сих пор неясны, но было высказано предположение, что, поскольку бактерии в основном сосуществуют с другими микроорганизмами в окружающей среде, некоторые штаммы бактерий могли выработать свои стратегии питания и использовать АГЛ в качестве основного источника энергии и азота. [ 21 ]
Приложения
[ редактировать ]Понимание механизмов и целей активности лактоназ может привести к потенциальной прикладной роли этих лактоназ в борьбе с бактериальными инфекциями путем ингибирования активности кворума и оказания глубокого воздействия на здоровье человека и окружающую среду. Однако как при химическом, так и при ферментативном лактонолизе реакция обратима, что затрудняет прямое терапевтическое применение лактоназ. [ 22 ]
Pseudomonas aeruginosa — бактерия, продуцирующая АГЛ, условно-патогенный микроорганизм, поражающий пациентов с ослабленным иммунитетом. [ 23 ] и обнаруживается при инфекциях легких у пациентов с муковисцидозом. P. aeruginosa полагается на чувство кворума посредством продукции лактонов N -бутаноил- L -гомосерина (C4-HSL) и N- (3-оксододеканоил)-1-HSL (3-оксо-C12-HSL) для регулирования роения, токсинов и выработка протеазы и правильное образование биопленок. Отсутствие одного или нескольких компонентов системы кворума приводит к значительному снижению вирулентности возбудителя. [ 24 ]
Erwinia carotovora — патоген растений, вызывающий мягкую гниль у ряда культур, таких как картофель и морковь. [ 25 ] с помощью определения кворума N-гексаноил-1-HSL (C6-HSL), чтобы обойти защитные системы растения и координировать выработку им пектатлиазы во время процесса заражения. [ 26 ]
Показано, что растения, экспрессирующие AHL-лактоназу, демонстрируют повышенную устойчивость к инфекции, вызываемой возбудителем Erwinia carotovora. Экспрессия генов вирулентности у E. Carotovora регулируется N- (3-оксогексаноил) -L- гомосерин-лактоном (OHHL). Предположительно, гидролиз OHHL с помощью лактоназы снижал уровни OHHL, ингибируя системы кворума, управляющие экспрессией генов вирулентности. [ 18 ]
См. также
[ редактировать ]- 1,4-лактоназа
- 2-пирон-4,6-дикарбоксилат лактоназа
- 3-оксоадипат-енол-лактоназа
- Актиномицин лактоназа
- Дезоксилимонат А-кольцо-лактоназа
- глюконолактоназа
- L-рамноно-1,4-лактоназа
- Лимонин-D-кольцо-лактоназа
- Стероид-лактоназа
- Триацетат-лактоназа
- Ксилоно-1,4-лактоназа
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Фукуа, К.; Винанс, Южная Каролина; Гринберг, EP (1996). «Перепись и консенсус в бактериальных экосистемах: семейство регуляторов транскрипции LuxR-LuxI, чувствительных к кворуму». Анну. Преподобный Микробиол . 50 : 727–751. дои : 10.1146/аннурев.микро.50.1.727 . ПМИД 8905097 .
- ^ Томас П.В., Стоун Э.М., Костелло А.Л., Тирни Д.Л., Фаст В. (май 2005 г.). «Лактоназа, подавляющая кворум, из Bacillus thuringiensis представляет собой металлопротеин». Биохимия . 44 (20): 7559–69. дои : 10.1021/bi050050m . ПМИД 15895999 .
- ^ Донг Ю.Х., Густи А.Р., Чжан Ц, Сюй Дж.Л., Чжан Л.Х. (апрель 2002 г.). -ацил-гомосерин-лактоназ, тушащих кворум, «Идентификация N из Bacillus видов » . Прикладная и экологическая микробиология . 68 (4): 1754–9. дои : 10.1128/АЕМ.68.4.1754-1759.2002 . ПМЦ 123891 . ПМИД 11916693 .
- ^ Ван Л.Х., Венг Л.Х., Донг Ю.Х., Чжан Л.Х. (апрель 2004 г.). «Специфичность и кинетика фермента тушащей кворум N -ацил-гомосерин-лактон-лактоназы (AHL-лактоназа)» . Журнал биологической химии . 279 (14): 13645–51. дои : 10.1074/jbc.M311194200 . ПМИД 14734559 .
- ^ Донг Ю.Х., Сюй Дж.Л., Ли XZ, Чжан Л.Х. (март 2000 г.). «AiiA, фермент, который инактивирует сигнал восприятия кворума ацилгомосерин-лактона и ослабляет вирулентность Erwinia carotovora » . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 97 (7): 3526–31. дои : 10.1073/pnas.060023897 . ПМК 16273 . ПМИД 10716724 .
- ^ Донг Ю.Х., Ван Л.Х., Сюй Дж.Л., Чжан Х.Б., Чжан С.Ф., Чжан Л.Х. (июнь 2001 г.). «Тушение бактериальной инфекции, зависимой от чувства кворума, с помощью N -ацил-гомосерин-лактоназы». Природа . 411 (6839): 813–7. дои : 10.1038/35081101 . ПМИД 11459062 . S2CID 4324448 .
- ^ Ли С.Дж., Пак С.И., Ли Джей.Дж., Юм Д.И., Ку Б.Т., Ли Дж.К. (август 2002 г.). «Гены, кодирующие фермент, расщепляющий N -ацил-гомосерин-лактон, широко распространены у многих подвидов Bacillus thuringiensis » . Прикладная и экологическая микробиология . 68 (8): 3919–24. doi : 10.1128/aem.68.8.3919-3924.2002 . ПМК 124016 . ПМИД 12147491 .
- ^ Пак С.Ю., Ли С.Дж., О ТК, О Дж.В., Ку Б.Т., Юм Д.И., Ли Дж.К. (июнь 2003 г.). «AhlD, N -ацилгомосерин лактоназа в Arthrobacter sp., и предсказанные гомологи в других бактериях» . Микробиология . 149 (Часть 6): 1541–50. дои : 10.1099/mic.0.26269-0 . ПМИД 12777494 .
- ^ Ульрих Р.Л. (октябрь 2004 г.). «Тушение кворума: ферментативное нарушение бактериальной коммуникации, опосредованной N -ацилгомосерин-лактоном, в Burkholderia thailandensis » . Прикладная и экологическая микробиология . 70 (10): 6173–80. дои : 10.1128/АЕМ.70.10.6173-6180.2004 . ПМК 522112 . ПМИД 15466564 .
- ^ Ким М.Х., Чой В.К., Кан Хо, Ли Дж.С., Кан Б.С., Ким К.Дж., Деревенда З.С., О ТК, Ли Ч., Ли Дж.К. (декабрь 2005 г.). «Молекулярная структура и каталитический механизм тушения кворума N -ацил-L-гомосерин лактонгидролазы» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 102 (49): 17606–11. дои : 10.1073/pnas.0504996102 . ПМЦ 1295591 . ПМИД 16314577 .
- ^ Лю Д., Лепор Б.В., Пецко Г.А., Томас П.В., Стоун Э.М., Фаст В., Ринге Д. (август 2005 г.). «Трехмерная структура тушащей кворум N -ацил-гомосеринлактонгидролазы из Bacillus thuringiensis » . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 102 (33): 11882–7. дои : 10.1073/pnas.0505255102 . ПМК 1187999 . ПМИД 16087890 .
- ^ Ян Ф., Ван Л.Х., Ван Дж., Донг Ю.Х., Ху Цзюй, Чжан Л.Х. (июль 2005 г.). «Активность фермента тушения кворума широко сохраняется в сыворотке млекопитающих» . Письма ФЭБС . 579 (17): 3713–7. doi : 10.1016/j.febslet.2005.05.060 . ПМИД 15963993 .
- ^ Донг, Ю.; Ван, Л.; Сюй, Дж.; Чжан, Х.; Чжан, X.; Чжан, Л. (2001). «Подавление бактериальной инфекции, зависимой от ощущения кворума, с помощью N -ацил-гомосерин-лактоназы». Природа . 411 (6839): 813–817. Бибкод : 2001Natur.411..813D . дои : 10.1038/35081101 . ПМИД 11459062 . S2CID 4324448 .
- ^ Томас П.В.; Камень ЭМ; Костелло А.Л.; Тирни Д.Л.; Фаст В. (2005). «Лактоназа, подавляющая кворум, из Bacillus thuringiensis представляет собой металлопротеин». Биохимия . 44 (20): 7559–7569. дои : 10.1021/bi050050m . ПМИД 15895999 .
- ^ Момб Дж.; Ван С.; Лю Д.; Томас П.В.; Пецко Г.А.; Го Х.; Ринге Д; Фаст В. (2008). «Механизм лактонов гашения кворума (AiiA) из Bacillus thuringiensis . 2. Моделирование субстрата и мутации активного сайта» . Биохимия . 47 (29): 7715–7725. дои : 10.1021/bi8003704 . ПМЦ 2646874 . ПМИД 18627130 .
- ^ Риаз К.; Элмерих, К.; Морейра, Д.; Раффу А.; Дессо Ю.; Фор Д. (2008). «Метагеномный анализ почвенных бактерий расширяет разнообразие лактоназ, подавляющих кворум». Экологическая микробиология . 10 (3): 560–570. дои : 10.1111/j.1462-2920.2007.01475.x . ПМИД 18201196 .
- ^ Шиппер К.; Хорнунг К.; Байтенхорн П.; Квичау М.; Гронд С.; Стрейт В.Р. (2009). «Клоны, полученные из метагенома, кодирующие два новых белка семейства лактоназ, участвующих в ингибировании биопленок у Pseudomonas aeruginosa » . Прикладная и экологическая микробиология . 75 (1): 224–233. дои : 10.1128/aem.01389-08 . ПМК 2612230 . ПМИД 18997026 .
- ^ Jump up to: а б Донг Ю.Х.; Густи А.Р.; Чжан Ц.; Сюй Дж.Л.; Чжан, Л.Х. (2002). -ацил-гомосерин-лактоназ, тушащих кворум, «Идентификация N из Bacillus видов » . Прикладная и экологическая микробиология . 68 (4): 1754–1759. дои : 10.1128/АЕМ.68.4.1754-1759.2002 . ПМЦ 123891 . ПМИД 11916693 .
- ^ Одекер Э.; Таньер М.; Сиру А.; Раффу А; Дессо Ю.; Фор Д. (2009). «Различная регуляция и роль лактоназ AiiB и AttM в Agrobacterium tumefaciens C58». Молекулярные растительно-микробные взаимодействия . 22 (5): 529–537. дои : 10.1094/MPMI-22-5-0529 . ПМИД 19348571 .
- ^ Jump up to: а б Чистяков Д.А., Мельниченко А.А., Орехов А.Н., Бобрышев Ю.В. (2017). «Параоксоназа и сердечно-сосудистые заболевания, связанные с атеросклерозом». Биохимия . 132 : 19–27. дои : 10.1016/j.biochi.2016.10.010 . ПМИД 27771368 .
- ^ Ледбеттер, JRG; Гринберг, EP (2000). «Метаболизм сигналов, чувствительных к кворуму ацил-гомосерин-лактона, Variovorax paradoxus » . Дж. Бактериол . 182 (24): 6921–6926. дои : 10.1128/JB.182.24.6921-6926.2000 . ПМК 94816 . ПМИД 11092851 .
- ^ Расмуссен ТБ; Гивсков М. (2006). «Ингибиторы кворума как антипатогенные препараты». Международный журнал медицинской микробиологии . 296 (2–3): 149–161. дои : 10.1016/j.ijmm.2006.02.005 . ПМИД 16503194 .
- ^ Уайтхед, Северная Каролина; Барнард ОМЛ; Слейтер Х.; Симпсон, Нью-Джерси; Салмонд, GPC (2001). «Кворум-чувство у грамотрицательных бактерий» . ФЭМС Микробиол. Преподобный . 25 (4): 365–404. дои : 10.1111/j.1574-6976.2001.tb00583.x . ПМИД 11524130 . .
- ^ Смит Р.С.; Иглевски Б.Х. (2003). « P. aeruginosa Системы кворума и вирулентность». Современное мнение в микробиологии . 6 (1): 56–60. дои : 10.1016/S1369-5274(03)00008-0 . ПМИД 12615220 .
- ^ Пирхонен, М.; Флегом, Д.; Хейкинхаймо, Р.; Палва, ET (1993). «Небольшая диффундирующая сигнальная молекула отвечает за глобальный контроль вирулентности и выработку экзоферментов у растительного патогена Erwinia carotovora » . ЭМБО Дж . 12 (6): 2467–2476. дои : 10.1002/j.1460-2075.1993.tb05901.x . ПМК 413482 . ПМИД 8508772 .
- ^ Фон Бодман С.Б.; Бауэр В.Д.; Коплин Д.Л. (2003). «Кворум-чувство у фитопатогенных бактерий» . Ежегодный обзор фитопатологии . 41 : 455–482. doi : 10.1146/annurev.phyto.41.052002.095652 . ПМИД 12730390 .