Муконат лактонизирующий фермент
| Муконат циклоизомераза | |||
|---|---|---|---|
 Муконат циклоизомераза Октамер, Thermotoga Maritima | |||
| Идентификаторы | |||
| ЕС №. | 5.5.1.1 | ||
| CAS №. | 9023-72-7 | ||
| 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 | ||
| |||
Муконатные лактонизирующие ферменты ( EC 5.5.1.1 , муконат циклоизомераза I , CIS, цис-муконат-лактонизирующий фермент , цис, цис-муконат циклоизомераза , 4-карбоксимтил-4-гидроксиизотонолактона (Teciclizing) , Catb Mci, Mci , Mci, Mci , Mci, Mci, Mci, Mci, Mci, Mci, Mci, Mci, Mci, Mci, Mci, Mci, Mci, Mci, Mci, Mci, Mci, Mci, Mci, Mci, Mci, Mci, Mci, Mci, Mci, Mci, Mci, Mci , , Mci, Mci, Mci, Catb, Mci, Mci Mci, Mci , -Hydroxyisocractone Lyas 2,5-дигидро-5-оксофуран-2-ацетат-ацетат (дециклирование)) разрушении ароматических ароматических средств, катехол и протокатеховых протокатех участвуют в Полем Некоторые бактериальные виды также способны дегалогеническим хлороароматическим соединениям путем действия хлормуконатных лактонизирующих ферментов . MLE состоят из нескольких цепей, которые имеют переменную реакцию благоприятные части, поэтому конфигурация цепей влияет на ее способность принимать протоны. [ 1 ] Бактериальные MLE принадлежат к суперсемейству энолазы , нескольким структурам, из которых известны. [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] MLE имеют идентифицирующую структуру, состоящую из двух белков и двух ионов магния, а также различных классов в зависимости от того, является ли она бактериальной или эукариотической. [ 5 ] [ 6 ] Механизм реакции, который подвергаются MLES, является обратной бета-элиминацией, в которой протонируется альфа-углерод. [ 7 ] MLE могут подвергаться мутациям, вызванным делецией структурных генов CATB, которые могут привести к тому, что некоторые бактерии теряют свои функции, такие как способность расти. [ 8 ] Дополнительные мутации к MLE могут привести к изменению его структуры и функции и могут привести к изменению конформации, что делает его неактивным ферментом, который не может связывать его субстрат. [ 1 ] Существует еще один фермент, называемый манделатом -ракемазу, который очень похож на MLE структурно, а также они являются частью суперсемейства энолазы. Они оба имеют одинаковый конечный продукт, даже если они подвергаются различным химическим реакциям, чтобы достичь конечного продукта. [ 9 ] [ 10 ]
Структура
[ редактировать ]Структура муконатных лактонизирующих ферментов (MLES) состоит из бета-пропеллера из семи лезвий с различными модификациями, основанными на типе класса, к которому он принадлежит. Есть три класса MLE, они являются бактериальными MLE, бактериальными CMLE и эукариотическими MLE/CMLE. Мла -бактерии состоят из бочки Тима и расположены в стереохимии SYN, в то время как бактериальные CMLE расположены в анти стереохимию. Когда дело доходит до эукариотических MLES/CMLE, они расположены в стереохимии SYN. Эукариотические MLE/CMLE не имели сходства последовательностей с любыми другими семействами ферментов, но было обнаружено, что бактерий MLE аналогичны суперсемейству энолазы, а бактериальные CMLE аналогичны фумаразам класса II. [ 6 ]
Сама структура состоит из двух белковых молекул, состоящих из цепи аминокислот и двух химических веществ, представляющих два иона магния. [ 5 ]
Функция
[ редактировать ]В больших масштабах MLE катализируют бактериальные пути β-кетоадипата, катаболизируя ароматический лигнин, обнаруженный у растений с промежуточными продуктами, обнаруженными в цикле Кребса. Некоторые MLE могут быть галогенированы CL и выполнять немного разные функции в микробе. Галогенированные MLE могут удалять CL из галогенированных ароматических средств, позволяющих разместить 2,4-дихлорфеноксицетат. Эта уникальная функция позволяет использовать эти микробы в биоремедиации, уменьшая токсичность в зарисованной гербицидах почвы. [ 1 ] Более конкретно, MLE имеют несколько прядей. Некоторые нити содержат больше реакции благоприятных порций в соответствии с анализом квантовой механики/молекулярной механики (QM/MM). Вторая нить MLE содержит базовый остаток, который позволяет принять протоны на Lys-162 или Lys-168, в зависимости от того, в какой конфигурации он находится, против или SYN соответственно. Поддерживается, что основные остатки на второй цепи используются при формировании энергетической поверхности по сравнению с шестой нитью. MLE, обнаруженные в Mycobacterium smegmatis, являются анти-MLE, что означает, что они производят антипродукт муконолактона (муконатный лактон), в то время как Pseudomonas флуоресценсы используют Syn-Mles для получения синпродукта. [ 11 ]
Механизм и действие
[ редактировать ]Муконатные лактонизирующие ферменты (MLE) имеют противоположный тип механизма реакции по сравнению с ракемазой Mandelate (MR), это было обратным бета-элиминацией. Следовательно, альфа-углерод энолята протонируется вместо депротонирования. Но эта протонация является термодинамически благоприятной шагом в реакции. Кроме того, так же, как в MR, в MLES образование промежуточного энолята все еще является центральной каталитической проблемой, поэтому является стадией ограничения скорости. Кроме того, MLE могут облегчить катализ, прикрепляя субстрат и, следовательно, увеличивая нуклеофильность карбоксилата для получения лактона. [ 11 ]
Муконат лактонизирующий активность фермента, чтобы катализировать ту же реакцию с добавлением 1,2. Это можно сделать с металлическим кофактором или без него. В почвенных микробах цис-муконаты (субстрат) превращаются в муконолактоны (продукт) MLE. Эта химическая реакция является частью пути β-кетоадипата, аэробного катаболического пути, который разбивает ароматические соединения, такие как лигнин, до промежуточного звена в цикле лимонной кислоты. Путь β-кетоадипата имеет две основные ветви:- 1) ветвь катехола и 2) ветвь протокатехового тела. Филиал Catechol состоит из цис-муконатного лактонизирующего фермента , тогда как филиал протокатехистов состоит из карбокси- цис, цис-муконтата лактонизирующего фермента. Обе реакции образуют сукцинат + ацетил -коа, который приводит к циклу лимонной кислоты. [ 6 ] С другой стороны, действия манделата ракемазы для катализации инверсии конфигурации на альфа-углеродной форме путем создания карбанионического промежуточного звена. [ 12 ]
Мутация
[ редактировать ]Мутация в лактонизирующем ферменте муканота может быть вызвана из -за делеции в структурном гене кошек и потерей плейотропной активности как гена CATB , так и гена CATC . [ 8 ] Микроорганизм под названием Pseudomona Putida теряет свою способность расти из -за делеции в гене CATB для лактонизирующего фермента муконата. Pseudomona putida (чувствительный к холодному мутанту) обычно растет при 30 градусах C, но из-за результата мутации цис-муконат лактонизирующий фермент он теряет свою способность также расти при 15 градусах. Мутантный фермент не теряет свою функцию, скорее структурный ген, который кодирует этот конкретный фермент, теряет способность экспрессировать его ген при этой температуре. [ 13 ]
Кроме того, мутация также может привести к изменению структуры и функции фермента. Различной структурой, которая возникает в результате мутации в лактонизирующем ферменте муконата, является лактонизирующий фермент Cl-муконат. Cl-муконатный лактонизирующий фермент имеет два типа конформаций:- открытый и закрытый. [ 1 ] Мутация приводит к переключению аминокислоты на Ser99 и IT -водородной связи с Gly48. Структура, которая приходит в результат, имеет закрытый активный сайт. Следовательно, это изменение от лактонизирующего фермента муконата на лактонизирующий фермент Cl-муконат приводит к динамическим различиям в способности связывания активного сайта. Наконец, изменение в способности связывания не позволит реакции дегалогенирования продолжаться дальше. Одним из важных аспектов, который следует заметить, является то, что не может быть конформационных изменений в GLY48 до THR52. Это связано с тем, что полипептид не сможет крутиться, если Gly48 был заменен. Кроме того, Thr52 и Glu50 связаны с водородом. [ 7 ]
Дополнительное изменение в конформации из-за мутации муконатного лактонизирующего фермента может привести к петле 21-30. Это может привести к значительному различию в активных участках, потому что показывает разницу в полярности аминокислоты. В Cl - лактонизирующем ферменте муконата ILE19 и MET21 менее полярные по сравнению с HIS22 (то же положение, что и ILE19) для лактонизирующего фермента муконата . Следовательно, это приводит к разнице в гидрофобной структуре ядра в активном сайте.
Ферменты очень специфичны для их субстратов, и образование продукта зависит от активности фермента-субстрата. Точечная мутация, которая привела к вариантам, Ser271ala и ILE54VAL, для фермента CL-муконации, показала значительное снижение дегалогенической активности. [ 1 ] Одним из преимуществ мутации в лактонизирующем ферменте муконата от ASP до ASN или от Glu к GLN является то, что он может помочь понять влияние металлического лиганда на каталитический процесс и сайт связывания.
Сравнение муконатных лактонизирующих ферментов и ракемазы манделата
[ редактировать ]Mandelate Racemase имеет сильную связь с муконатными лактонизирующими ферментами. Несмотря на то, что муконатный лактонизирующий фермент и ракемазу -манделята катализируют различные химические реакции, которые требуются Pseudomonas putida для катаболических процессов, они структурно очень похожи друг на друга. Согласно Nature International Journal of Science, оба фермента «26% идентичны по своей основной структуре». Основываясь на Международном журнале науки Nature, эта характеристика гомологичной структуры, как говорят, развивалась от общего предка. Эта функция помогает в изменении ферментативной активности для метаболических путей. [ 9 ]
Согласно книге, ферментативным механизмом Перри А. Фрей и Декстера Б. Нортропа, муконатных лактонизирующих ферментов и ракемазы манделата являются членом суперсемейства энолазы. Несмотря на то, что оба фермента отличаются в своих химических реакциях, они оба имеют одинаковый конечный продукт, который приводит к извлечению протона из альфа -углерода в карбоксилат -ион. Одним из преимуществ сходства между структурой этих двух ферментов является создание высококачественного структурного выравнивания, которое может помочь улучшить их состав и укрепить скорость реакции. [ 10 ]
Следующая таблица помогает определить некоторые сходства между обоими ферментами:-
| Муконатные лактонизирующие ферменты | Манделят RACEMASE | |
|---|---|---|
| Образуйте октамеры | Да | Да |
| Мономер имеет 4 региона вторичных структур:-
1) Бета-меандр 2) Альфа-списка 3) Восемь затянутая бочка альфа/бета 4) С-концевой смешанный домен |
Да | Да |
| Требуется дивалентный ион металла при:
1) Сайт с высокой аффинностью 2) Сайт с низким сродством |
Да | Да |
| Остатки | E250 (аналогично E222) | E222 (аналогично E250) |
| Тип остатков | Глутамин | Глутамин |
| Проживает глутамин и его боковые цепи | Изгибается от активного сайта | Изгибается от активного сайта |
| Общие функции на активном сайте | Требуется каталитическое основание, K169 (гомологичный K166) или K273 (гомологичный D270), чтобы извлечь протон | Требуется каталитическая основа, K166 (гомологичный K169) и D270 (гомологичный K273), чтобы извлечь протон |
| Катаболические базы, расположенные на одной из бета-потоков
это составляет ствол |
Да | Да |
| Требует стабилизации переходного состояния (второй
карбоксилатный кислород) |
Короткая, сильная водородная связь (водородная связь с низким барьей) стабилизирует переходное состояние с помощью E327 (аналогично E317) | Короткая сильная водородная связь (водородная связь с низким барьером) стабилизирует переходное состояние с помощью E317 (аналогично E327) |
Хотя сходство очень распространено, разница между этими двумя ферментами служит для понимания различий в упаковке фермента в кристаллической форме. Следующая таблица помогает определить некоторые различия между обоими ферментами:-
| Муконатные лактонизирующие ферменты | Манделят RACEMASE | |
|---|---|---|
| Среднеквадратичное отклонение | В положении 171 соответствующего альфа -углерода 2,0 Å | В положении 325 совпадений α-карбруг составляет 1,7 Å |
| Вращение октамеров | отличается только на 2% (136 Å против 139 Å) | Связанный в 3 раза (265 Å против 84 Å) |
| Кристаллическая форма в космической группе | I4 | I422 |
| Контакты между октамерами в кристаллах | очень слабый | очень сильный |
| Количество субъединицы в кристаллической форме | Два | Три |
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а беременный в дюймовый и Kajander T, Lehtiö L, Schlömann M, Goldman A (сентябрь 2003 г.). «Структура Pseudomonas p51 Cl-муконат лактонизирующий фермент: коэволюция структуры и динамики с функцией дегалогения» . Белковая наука . 12 (9): 1855–64. doi : 10.1110/ps.0388503 . PMC 2323983 . PMID 12930985 .
- ^ Орнстон Лн (август 1966 г.). «Преобразование катехол и протокатехтехта в бета-кетоадипат от Pseudomonas putida. 3. Ферменты пути катехол» . Журнал биологической химии . 241 (16): 3795–9. doi : 10.1016/s0021-9258 (18) 99841-8 . PMID 5330966 .
- ^ Ornston, LN (1970). «Преобразование катехол и протокатехтехта в β-кетоадипат (Pseudomonas putida)». Метаболизм аминокислот и аминов часть а . Методы в фермере. Тол. 17а С. 529–549. doi : 10.1016/0076-6879 (71) 17237-0 . ISBN 9780121818746 .
- ^ Sistrom WR, Stanier Ry (октябрь 1954 г.). «Механизм образования бета-кетоадипиновой кислоты бактериями» . Журнал биологической химии . 210 (2): 821–36. doi : 10.1016/s0021-9258 (18) 65409-2 . PMID 13211620 .
- ^ Jump up to: а беременный NCBI/CBB/Структурная группа. «3dg3: кристаллическая структура муконатного лактонизирующего фермента из мукобактерии smegmatis» . www.ncbi.nlm.nih.gov . Получено 2018-11-27 .
- ^ Jump up to: а беременный в Каджандер, Томми; Merckel, Michael C.; Томпсон, Эндрю; Дикон, Эшли М.; Мазур, Пол; Козарих, Джон У.; Goldman, Adrian (2002-04-01). «Структура Neurospora Crassa 3-Carbosy-CIS, цис-муконатный лактонизирующий фермент, β-пропеллер циклоизомераза» . Структура 10 (4): 483–492. doi : 10.1016/s0969-2126 (02) 00744-x . ISSN 0969-2126 . PMID 11937053 .
- ^ Jump up to: а беременный Томми К (2003). Структурная эволюция функции и стабильность в лактонизирующих ферментах муконата . Университет Хельсинки. ISBN 978-9521003387 Полем OCLC 58354177 .
- ^ Jump up to: а беременный Wheelis ML, Ornston Ln. Генетический контроль индукции фермента в пути β-кетоадипата Pseudomonas putida: картирование делеции мутаций CAT . OCLC 678549695 .
- ^ Jump up to: а беременный Neidhart DJ, Kenyon GL, Gerlt JA, Petsko GA (октябрь 1990). «Манделят -ракемазы и муконатный лактонизирующий фермент являются механически различными и структурно гомологичными». Природа . 347 (6294): 692–4. Bibcode : 1990natur.347..692n . doi : 10.1038/347692A0 . PMID 2215699 . S2CID 4350795 .
- ^ Jump up to: а беременный Фрей П.А., Нортроп Д.Б. (1999). Ферментативные механизмы . Амстердам: iOS Press. ISBN 978-9051994322 Полем OCLC 40851146 .
- ^ Jump up to: а беременный Sombouon T, Gleeson MP, Hannongbua S (февраль 2012 г.). «Понимание механизма реакции цис-муконатных лактонизирующих ферментов: исследование DFT QM/MM». Журнал молекулярного моделирования . 18 (2): 525–31. doi : 10.1007/s00894-011-1088-2 . PMID 21541743 . S2CID 38893825 .
- ^ Болдуин, Рашель Ф.М., Скотт Ай (2013-11-11). Химические аспекты фермента биотехнологии: основы . Нью -Йорк, штат Нью -Йорк 9781475796377 Полем OCLC 887170610 .
{{cite book}}: CS1 Maint: местоположение отсутствует издатель ( ссылка ) - ^ Кондон С., Инграхам Дж.Л. (декабрь 1967 г.). «Чудочувствительная мутация Pseudomonas putida, влияющих на синтез фермента при низкой температуре» . Журнал бактериологии . 94 (6): 1970–81. doi : 10.1128/jb.94.6.1970-1981.1967 . PMC 276929 . PMID 6074402 .
- ^ Jump up to: а беременный Hasson MS, Schlichting I, Moulai J, Taylor K, Barrett W, Kenyon GL, Babbitt PC, Gerlt JA, Petsko GA, Ringe D (сентябрь 1998). «Эволюция активного сайта фермента: структура новой кристаллической формы лактонизирующего фермента муконата по сравнению с ракемазой и энолазой Mandelate» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 95 (18): 10396–401. Bibcode : 1998pnas ... 9510396H . doi : 10.1073/pnas.95.18.10396 . PMC 27905 . PMID 9724714 .
Внешние ссылки
[ редактировать ]- CIS, CIS-муконат+лактонизирующий+фермент в Национальной библиотеке медицинских заголовков США (Mesh)
