Глицеролдегидрогеназа

показывать Поиск
PMC	articles
PubMed	articles
NCBI	proteins

глицериндегидрогеназа
глицериндегидрогеназа
	Глицеролдегидрогеназа из B. stearothermophilus с глицерином (сферы) PDB 1jqa
Идентификаторы
Номер ЕС.	1.1.1.6
Номер CAS.	9028-14-2
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
PMC
показывать Поиск
PMC	articles
PubMed	articles
NCBI	proteins

Глицеролдегидрогеназа ( EC 1.1.1.6 , также известная как НАД). ⁺-связанная глицериндегидрогеназа, глицерин: НАД ⁺ 2-оксидоредуктаза, GDH, GlDH, GlyDH) — фермент семейства оксидоредуктаз , который утилизирует НАД. ⁺ катализировать окисление глицерина ) с образованием глицерона ( дигидроксиацетона . ^[1]^[2]

Общая реакция глицерина на глицерон с НАД+, катализируемая глицериндегидрогеназой

Этот фермент представляет собой оксидоредуктазу, в частности металлозависимую алкогольдегидрогеназу, которая играет роль в анаэробном метаболизме глицерина и была выделена из ряда бактерий , включая Enterobacter aerogenes, ^[3] Клебсиелла аэрогенес, ^[4] стрептококк фекалис, ^[5] Эрвиния аэроидея, ^[6] Бацилла мегатериум, ^[7] и Bacillus stearothermophilus. Однако большинство исследований глицериндегидрогеназы было проведено на Bacillus stearothermophilus ( B. stearothermophilus) из-за ее термостабильности , и поэтому следующая структурная и функциональная информация будет относиться в первую очередь к характеристике фермента этой бактерии. ^[8]

Структура

Глицериндегидрогеназа представляет собой гомооктамер, состоящий из восьми идентичных мономерных субъединиц, состоящих из одной полипептидной цепи из 370 аминокислот (молекулярная масса 42 000 Да). Каждая субъединица содержит 9 бета-листов и 14 альфа-спиралей в двух отдельных доменах (N-концевой, остатки 1–162 и С-концевой, остатки 163–370). Глубокая щель, образующаяся между этими двумя доменами, служит активным центром фермента. Этот активный центр состоит из одного связанного иона металла, одного НАД. ⁺ сайт связывания никотинамидного кольца и субстрата сайт связывания .

Исследование структуры B. stearothermophilus показало, что в активном центре содержится двухвалентный катион цинка Zn. — ион ²⁺. Этот ион цинка образует тетраэдрические дипольные взаимодействия между аминокислотными остатками Asp173, His256 и His274, а также молекулой воды.

НАД ⁺ Сайт связывания, напоминающий складку Россмана внутри N-концевого домена, простирается от поверхности фермента до щели, содержащей активный сайт. Никотинамидное кольцо (активная область НАД ⁺) связывается в кармане расщелины, состоящем из остатков Asp100, Asp123, Ala124, Ser127, Leu129, Val131, Asp173, His174 и Phe247.

Наконец, сайт связывания субстрата состоит из остатков Asp123, His256, His274, а также молекулы воды. ^[9]

Функция

Кодируемый геном gldA, ферментом глицеролдегидрогеназой, GlyDH катализирует окисление глицерина в глицерон. В отличие от более распространенных путей, использующих глицерин, GlyDH эффективно окисляет глицерин в анаэробных метаболических путях в АТФ-независимых условиях (полезный механизм расщепления глицерина у бактерий). Кроме того, GlyDH избирательно окисляет гидроксильную группу C2 с образованием кетона, а не концевой гидроксильной группы с образованием альдегида. ^[10]

Механизм

Хотя точный механизм действия этого специфического фермента еще не охарактеризован, кинетические исследования подтверждают, что GlyDH катализирует химическую реакцию.

глицерин + НАД ⁺

\rightleftharpoons

глицерон + НАДН + Н ⁺

сравним с таковыми других алкогольдегидрогеназ. Таким образом, следующий механизм предлагает разумное представление об окислении глицерина НАД. ⁺.

После НАД ⁺ связан с ферментом, глицериновый субстрат связывается с активным центром таким образом, что возникает два скоординированных взаимодействия между двумя соседними гидроксильными группами и соседним ионом цинка. Затем GlyDH катализирует депротонирование гидроксильной группы C2 с помощью основания, образуя алкоксид. Атом цинка также служит для стабилизации отрицательного заряда промежуточного алкоксида до того, как избыточная электронная плотность вокруг заряженного атома кислорода сместится с образованием двойной связи с атомом углерода C2. Гидрид впоследствии удаляется от вторичного углерода и действует как нуклеофил при переносе электрона на НАД. ⁺ никотинамидное кольцо. В результате Х ⁺ удаляемый основанием, высвобождается в виде протона в окружающий раствор; с последующим высвобождением продукта глицерона, затем НАДН с помощью ГлиДН. ^[11]

Промышленные последствия

В результате увеличения производства биодизеля также увеличилось образование побочного продукта — сырого глицерина. Хотя глицерин обычно используется в пищевой, фармацевтической, косметической и других отраслях промышленности, увеличение производства сырого глицерина стало очень дорогим для очистки и использования в этих отраслях. В связи с этим исследователи заинтересованы в поиске новых экономичных способов использования продуктов из низкосортного глицерина. Биотехнология является одним из таких методов: использование определенных ферментов для расщепления сырого глицерина с образованием таких продуктов, как 1,3-пропандиол, 1,2-пропандиол, янтарная кислота, дигидроксиацетон (глицерон), водород, полиглицерины и полиэфиры. Одним из таких ферментов, исследуемых для этой промышленной цели, является глицериндегидрогеназа, являющаяся катализатором превращения глицерина в глицерон. ^[12]

См. также

Ссылки

Примечания

^ Маллиндер, Филип Р.; Причард, Эндрю; Мойр, Энн (1992). «Клонирование и характеристика гена Bacillus stearothermophilus var. Non-diastaticus, кодирующего глицериндегидрогеназу». Джин . 110 (1): 9–16. дои : 10.1016/0378-1119(92)90438-У . ISSN 0378-1119 . ПМИД 1339360 .
^ Маршалл, Дж. Х.; Мэй, Дж.В.; Слоан, Дж. (1985). «Очистка и свойства глицерина: НАД + 2-оксидоредуктаза (глицеролдегидрогеназа) из Schizosaccharomyces pombe» . Микробиология . 131 (7): 1581–1588. дои : 10.1099/00221287-131-7-1581 . ISSN 1350-0872 .
^ Бертон, Роберт Мэйн; Каплан, Натан О. (1953). «ДПН-специфическая глицериндегидрогеназа из Aerobacter Aerogenes1». Журнал Американского химического общества . 75 (4): 1005–1006. дои : 10.1021/ja01100a520 . ISSN 0002-7863 .
^ Лин ЕСК; Магасаник Б (1960). «Активация глицериндегидрогеназы Aerobacter aerogenes одновалентными катионами». Ж. Биол. Хим . 235 : 1820–1823. ПМИД 14417009 .
^ Джейкобс, Нью-Джерси; ВанДемарк П.Дж. (апрель 1960 г.). «Сравнение механизма окисления глицерина у аэробно и анаэробно выращенного Streptococcus Faecalis» . Журнал бактериологии . 79 (4): 532–538. дои : 10.1128/JB.79.4.532-538.1960 . ПМК 278726 . ПМИД 14406375 .
^ Сугиура, Мамору; Оикава, Цутому; Хирано, Казуюки; Симидзу, Хироши; Хирата, Фумио (1978). «Очистка и некоторые свойства глицериндегидрогеназы Erwinia aroideae» . Химический и фармацевтический вестник . 26 (3): 716–721. дои : 10.1248/cpb.26.716 . ISSN 0009-2363 . ПМИД 647848 .
^ ШАРШМИДТ, Маргрит; ПФЛЕЙДЕРЕР, Герхард; МЕТЦ, Харальд; БРЮММЕР, Вольфганг (1983). «Выделение и характеристика глицериндегидрогеназы из Bacillus megaterium». Журнал физиологической химии Хоппе-Зейлера . 364 (2): 911–922. дои : 10.1515/bchm2.1983.364.2.911 . ISSN 0018-4888 .
^ Спенсер, П.; Баун, К.Дж.; Скауэн, доктор медицины; Аткинсон, Т.; Гор, МГ (1989). «Выделение и характеристика глицериндегидрогеназы из Bacillus stearothermophilus». Biochimica et Biophysical Acta (BBA) - Структура белка и молекулярная энзимология . 994 (3): 270–279. дои : 10.1016/0167-4838(89)90304-X . ISSN 0167-4838 . ПМИД 2493267 .
^ Ружейников Сергей Н.; Берк, Джеки; Седельникова Света; Бейкер, Патрик Дж.; Тейлор, Роберт; Буллоу, Пер А.; Мьюир, Никола М.; Гор, Майкл Г.; Райс, Дэвид В. (2001). «Глицеролдегидрогеназа» (PDF) . Структура . 9 (9): 789–802. дои : 10.1016/S0969-2126(01)00645-1 . ISSN 0969-2126 . ПМИД 11566129 .
^ Лейхус, Бетти Н.; Бланшар, Джон С. (1994). «Изотопный анализ реакции, катализируемой глицериндегидрогеназой». Биохимия . 33 (48): 14642–14649. дои : 10.1021/bi00252a033 . ISSN 0006-2960 . ПМИД 7981227 .
^ Хаммес-Шиффер, Шарон; Бенкович, Стивен Дж. (2006). «Связь движения белка с катализом». Ежегодный обзор биохимии . 75 (1): 519–541. doi : 10.1146/annurev.biochem.75.103004.142800 . ISSN 0066-4154 . ПМИД 16756501 .
^ Пачаури, Нареш; Он, Брайан. (июль 2006 г.). «Полезное использование сырого глицерина при производстве биодизеля: обзор текущей исследовательской деятельности» (PDF) . Американское общество инженеров сельского хозяйства и биологии . Архивировано из оригинала (PDF) 4 марта 2016 г. Проверено 03 марта 2014 г.

Библиография

Аснис Р.Э., Броди А.Ф. (1953). «Глицеролдегидрогеназа из Escherichia coli ». Ж. Биол. Хим . 203 (1): 153–9. ПМИД 13069498 .
Бертон Р.М.; Каплан НЕТ (1953). «ДПН-специфическая глицериндегидрогеназа из Aerobacter aerogenes ». Дж. Ам. хим. Соц . 75 (4): 1005–1007. дои : 10.1021/ja01100a520 .
Лин ЕСК; Магасаник Б (1960). «Активация глицериндегидрогеназы Aerobacter aerogenes одновалентными катионами». Ж. Биол. Хим . 235 : 1820–1823. ПМИД 14417009 .

[MallinderPritchard1992-1] Маллиндер, Филип Р.; Причард, Эндрю; Мойр, Энн (1992). «Клонирование и характеристика гена Bacillus stearothermophilus var. Non-diastaticus, кодирующего глицериндегидрогеназу». Джин . 110 (1): 9–16. дои : 10.1016/0378-1119(92)90438-У . ISSN 0378-1119 . ПМИД 1339360 .

[MarshallMay1985-2] Маршалл, Дж. Х.; Мэй, Дж.В.; Слоан, Дж. (1985). «Очистка и свойства глицерина: НАД + 2-оксидоредуктаза (глицеролдегидрогеназа) из Schizosaccharomyces pombe» . Микробиология . 131 (7): 1581–1588. дои : 10.1099/00221287-131-7-1581 . ISSN 1350-0872 .

[BurtonKaplan1953-3] Бертон, Роберт Мэйн; Каплан, Натан О. (1953). «ДПН-специфическая глицериндегидрогеназа из Aerobacter Aerogenes1». Журнал Американского химического общества . 75 (4): 1005–1006. дои : 10.1021/ja01100a520 . ISSN 0002-7863 .

[4] Лин ЕСК; Магасаник Б (1960). «Активация глицериндегидрогеназы Aerobacter aerogenes одновалентными катионами». Ж. Биол. Хим . 235 : 1820–1823. ПМИД 14417009 .

[5] Джейкобс, Нью-Джерси; ВанДемарк П.Дж. (апрель 1960 г.). «Сравнение механизма окисления глицерина у аэробно и анаэробно выращенного Streptococcus Faecalis» . Журнал бактериологии . 79 (4): 532–538. дои : 10.1128/JB.79.4.532-538.1960 . ПМК 278726 . ПМИД 14406375 .

[SugiuraOikawa1978-6] Сугиура, Мамору; Оикава, Цутому; Хирано, Казуюки; Симидзу, Хироши; Хирата, Фумио (1978). «Очистка и некоторые свойства глицериндегидрогеназы Erwinia aroideae» . Химический и фармацевтический вестник . 26 (3): 716–721. дои : 10.1248/cpb.26.716 . ISSN 0009-2363 . ПМИД 647848 .

[SCHARSCHMIDTPFLEIDERER1983-7] ШАРШМИДТ, Маргрит; ПФЛЕЙДЕРЕР, Герхард; МЕТЦ, Харальд; БРЮММЕР, Вольфганг (1983). «Выделение и характеристика глицериндегидрогеназы из Bacillus megaterium». Журнал физиологической химии Хоппе-Зейлера . 364 (2): 911–922. дои : 10.1515/bchm2.1983.364.2.911 . ISSN 0018-4888 .

[SpencerBown1989-8] Спенсер, П.; Баун, К.Дж.; Скауэн, доктор медицины; Аткинсон, Т.; Гор, МГ (1989). «Выделение и характеристика глицериндегидрогеназы из Bacillus stearothermophilus». Biochimica et Biophysical Acta (BBA) - Структура белка и молекулярная энзимология . 994 (3): 270–279. дои : 10.1016/0167-4838(89)90304-X . ISSN 0167-4838 . ПМИД 2493267 .

[RuzheinikovBurke2001-9] Ружейников Сергей Н.; Берк, Джеки; Седельникова Света; Бейкер, Патрик Дж.; Тейлор, Роберт; Буллоу, Пер А.; Мьюир, Никола М.; Гор, Майкл Г.; Райс, Дэвид В. (2001). «Глицеролдегидрогеназа» (PDF) . Структура . 9 (9): 789–802. дои : 10.1016/S0969-2126(01)00645-1 . ISSN 0969-2126 . ПМИД 11566129 .

[LeichusBlanchard1994-10] Лейхус, Бетти Н.; Бланшар, Джон С. (1994). «Изотопный анализ реакции, катализируемой глицериндегидрогеназой». Биохимия . 33 (48): 14642–14649. дои : 10.1021/bi00252a033 . ISSN 0006-2960 . ПМИД 7981227 .

[Hammes-SchifferBenkovic2006-11] Хаммес-Шиффер, Шарон; Бенкович, Стивен Дж. (2006). «Связь движения белка с катализом». Ежегодный обзор биохимии . 75 (1): 519–541. doi : 10.1146/annurev.biochem.75.103004.142800 . ISSN 0066-4154 . ПМИД 16756501 .

[12] Пачаури, Нареш; Он, Брайан. (июль 2006 г.). «Полезное использование сырого глицерина при производстве биодизеля: обзор текущей исследовательской деятельности» (PDF) . Американское общество инженеров сельского хозяйства и биологии . Архивировано из оригинала (PDF) 4 марта 2016 г. Проверено 03 марта 2014 г.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

v т и Оксидоредуктазы : алкогольоксидоредуктазы ( EC 1.1)
1.1.1: NAD/NADP acceptor	3-hydroxyacyl-CoA dehydrogenase 3-hydroxybutyryl-CoA dehydrogenase Alcohol dehydrogenase Aldo-keto reductase 1A1 1B1 1B10 1C1 1C3 1C4 7A2 Aldose reductase Beta-Ketoacyl ACP reductase Carbohydrate dehydrogenases Carnitine dehydrogenase D-malate dehydrogenase (decarboxylating) DXP reductoisomerase Glucose-6-phosphate dehydrogenase Glycerol-3-phosphate dehydrogenase HMG-CoA reductase IMP dehydrogenase Isocitrate dehydrogenase Lactate dehydrogenase L-threonine dehydrogenase L-xylulose reductase Malate dehydrogenase Malate dehydrogenase (decarboxylating) Malate dehydrogenase (NADP+) Malate dehydrogenase (oxaloacetate-decarboxylating) Malate dehydrogenase (oxaloacetate-decarboxylating) (NADP+) Phosphogluconate dehydrogenase Sorbitol dehydrogenase Hydroxysteroid dehydrogenase: 3β 3β-HSD NSDHL 11β 11β-HSD1 11β-HSD2 17β
1.1.2: cytochrome acceptor	D-lactate dehydrogenase (cytochrome) D-lactate dehydrogenase (cytochrome c-553) Mannitol dehydrogenase (cytochrome)
1.1.3: oxygen acceptor	Glucose oxidase L-gulonolactone oxidase Xanthine oxidase Alcohol oxidase
1.1.4: disulfide as acceptor	Vitamin K epoxide reductase Vitamin-K-epoxide reductase (warfarin-insensitive)
1.1.5: quinone/similar acceptor	Malate dehydrogenase (quinone) Quinoprotein glucose dehydrogenase
1.1.99: other acceptors	Choline dehydrogenase L2HGDH

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)