Полигалактуроназа
| Эндо-полигалактуроназа | |||
|---|---|---|---|
 Компьютерное изображение полигалактуроназы, обнаруженной в Aspergillus aculeatus (1IA5) при pH 8,5. [1] | |||
| Идентификаторы | |||
| Номер ЕС. | 3.2.1.15 | ||
| Номер CAS. | 9032-75-1 | ||
| 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 | ||
| |||
Эндо-полигалактуроназа ( EC 3.2.1.15 , пектиндеполимераза, пектолаза, пектингидролаза и поли-α-1,4-галактуронидгликаногидролаза ; систематическое название (1→4)-α- D -галактуронангликаногидролаза (эндо-расщепляющая) ) фермент , гидролизующий гликозидные α-1,4 связи между галактуроновой кислоты остатками :
- (1,4-α -D -галактуронозил) n + m + H 2 O = (1,4-α- D -галактуронозил) n + (1,4-α- D -галактуронозил) m
Полигалактуронан, основным компонентом которого является галактуроновая кислота. [2] является важным углеводным компонентом пектиновой сети, из которой состоят стенки растительных клеток . [3] Таким образом, активность эндогенных ПГ растений способствует смягчению и подслащению фруктов в процессе созревания. Точно так же фитопатогены используют ПГ как средство ослабления пектиновой сети, чтобы пищеварительные ферменты могли выделяться в растение-хозяин для получения питательных веществ.
Структура
[ редактировать ]этого фермента Множественные параллельные β-листы образуют спиральную форму, которая называется β-спиралью . Эта высокостабильная структура, благодаря многочисленным водородным связям и дисульфидным связям между нитями, является общей характеристикой ферментов, участвующих в расщеплении пектина. [4] Внутренняя часть β-спирали гидрофобна . [1]
Рентгеновская кристаллография была использована для определения трехмерной структуры нескольких ПГ в разных организмах. Грибковые ПГ Colletotrichum lupini , [6] Аспергилл остролистный [1] и Aspergillus niger (PG1 [7] и PG2 [8] ) кристаллизовались. ПГ бактерий, таких как Erwinia carotovora. [9] и Bacillus subtilis [4] также кристаллизовались.
Активный центр Fusarium moniliforme PG включает шесть заряженных аминокислотных остатков: H188, R267 и K269 участвуют в связывании субстрата , D212 (общая кислота) отвечает за донорство протонов гликозидного кислорода, а D213 и D191 активируют H 2 O. для нуклеофильной атаки . [5]
Механизм
[ редактировать ]Полигалактуроназа — это пектиназа , фермент, который расщепляет пектин путем гидролиза O -гликозильных связей в полигалактуроновой сети пектина, в результате чего образуются α-1,4-полигалактуроновые остатки. [10] Скорость гидролиза зависит от длины цепи полисахарида . Низкие скорости гидролиза связаны с очень короткими цепями (например, дигалактуроновая кислота) и очень длинными цепями. [11]
Экзо- и эндополигалактуроназы
Экзо- и эндополигалактуроназы используют разные гидролитические механизмы действия. Эндополигалактуроназы гидролизуются случайным образом вдоль полигалактуронановой сети. Этот метод приводит к получению олигогалактуронидов. [12] Экзо-полигалактуроназы гидролизуются на невосстанавливающем конце полимера, образуя моносахарид галактуроновую кислоту . Иногда организмы используют оба метода. Помимо различных механизмов действия, полиморфизм полигалактуроназ позволяет грибковым полигалактуроназам более эффективно разрушать более широкий спектр растительных тканей. Разнообразие PG по оптимальному pH , специфичности субстрата и другим факторам, вероятно, полезно для фитопатогенных организмов, таких как грибы . [4]
Сельскохозяйственная значимость
[ редактировать ]Из-за применимости активности этого фермента к продуктивности сельского хозяйства и коммерческому успеху, большая часть исследований PG вращается вокруг роли PG в процессе созревания плодов, пыльцы и опадения .
Пектин — один из трех полисахаридов, присутствующих в стенке растительной клетки , он играет роль в поддержании барьера между внутренней и внешней средой и придает прочность стенкам растительных клеток. [13] В частности, пектин в средней пластинке скрепляет соседние клетки. [14]
Созревание фруктов
Первыми ГМ-продуктами , доступными в магазинах, были генетически модифицированные помидоры (также известные как Flavr Savr ), которые имели более длительный срок хранения и идеально подходили для транспортировки. Его замедленное созревание было достигнуто за счет предотвращения разрушения полигалактуроназой пектина, который делает помидоры твердыми. ген Был введен антисмысловой PG, предотвращающий созревание полигалактуроназы и размягчение томата. [15] Хотя было показано, что этот метод снижает ферментативную активность PG на 70–90%, антисмысловая РНК PG не препятствует нормальному развитию окраски. [16]
Деполимеризация пектина в значительной степени происходит на более поздних стадиях созревания фруктов, особенно когда они перезревают. [17] Хотя помидоры являются ярким примером высокой активности PG, этот фермент также очень активен при созревании авокадо и персиков. Ферменты PG в персике, два экзо-PG и один эндо-PG, становятся активными, когда плод уже мягкий. [18] Фрукты, такие как хурма, могут либо не иметь ферментов PG, либо иметь очень низкий уровень PG, и поэтому они еще не обнаружены. В этих случаях другие ферменты могут катализировать процесс созревания.
пыльца
Экзо-ПГ играют роль в удлинении пыльцевых трубок, поскольку для роста пыльцевых трубок необходима перегруппировка пектина . Эта активность PG была обнаружена в травах, таких как кукуруза , а также в деревьях, особенно в тополе восточном . [19] Экзо-PG, участвующие в росте пыльцевых трубок, нуждаются в Ca 2+ для максимальной ферментативной активности и может ингибироваться высокими концентрациями NaCl , цитрата и ЭДТА . [11]
Зоны абсцесса
В значительной степени неясно, играют ли PG роль в облегчении опадения у некоторых растений, и если играют, то обладают ли они экзо- или эндо-действием. Например, были опубликованы противоречивые исследования относительно того, участвует ли PG в опадении цитрусовых. Одной из конкретных проблем было использование анализов , которые не позволяют измерить активность экзо-PG. [20] Дополнительной сложностью является различие в ферментативной активности PG между зонами разделения клеток плодов и листьев. У персика активность ПГ обнаружена только в зонах опадения плодов. [21]
Другой
Сельскохозяйственные вредители, такие как Lygus hesperus, повреждают хлопок и другие сельскохозяйственные культуры, поскольку они выделяют в слюну ПГ, которые переваривают растительные ткани. Они используют как экзо-, так и эндо-ПГ. [22]
Торможение
[ редактировать ]
Фитопатогенные грибы подвергают стенки растительных клеток воздействию ферментов, разрушающих клеточную стенку (CWDE), таких как PG. [4] В ответ большинство растений имеют естественные ингибиторы белки- , которые замедляют гидролитическую активность ПГ. Эти ингибиторы также вызывают накопление длинноцепочечных олигогалактуронидов, чтобы стимулировать защитный механизм против атаки. [4] Белки -ингибиторы полигалактуроназы (PGIP) представляют собой богатые лейцином повторяющиеся белки, которые, как сообщается, демонстрируют как неконкурентный [24] и конкурентоспособный [5] ингибирование ПГ. Активный центр PG взаимодействует с карманом, содержащим несколько полярных аминокислот у Phaseolus vulgaris PGIP2. Ингибитор предотвращает связывание субстрата, занимая активный центр, что приводит к конкурентному ингибированию . [23]
Кристаллические структуры PGIP и PGIP2 были определены для бобов P. vulgaris . Заряженные и полярные остатки, взаимодействующие с активным центром PG, идентифицированы у P. vulgaris как D131, S133, T155, D157, T180 и D203. [23] Используя PGIP2 в качестве шаблона, теоретические структуры других PGIP были определены для некоторых других распространенных культур.
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б с Чо С.В., Ли С., Шин В. (август 2001 г.). «Рентгеновская структура полигалактуроназы Aspergillus aculeatus и смоделированная структура комплекса полигалактуроназа-октагалактуронат». Журнал молекулярной биологии . 311 (4): 863–78. дои : 10.1006/jmbi.2001.4919 . ПМИД 11518536 .
- ^ «Медицинское определение полигалактуронана» . Лексик.us .
- ^ Джонс, Т.М., Андерсон, А.Дж., и Альбершейм, П. (1972) Взаимодействие хозяина и патогена IV, Исследования ферментов, расщепляющих полисахариды, секретируемых Fusarium oxysporum f. сп. lycopersici, Physiol. Растительный патол. 2, 153–166.
- ^ Jump up to: а б с д и Д'Овидио Р., Маттеи Б., Роберти С., Беллинкампи Д. (февраль 2004 г.). «Полигалактуроназы, белки, ингибирующие полигалактуроназы, и пектиновые олигомеры во взаимодействии растений и патогенов». Biochimica et Biophysical Acta (BBA) - Белки и протеомика . 1696 (2): 237–44. дои : 10.1016/j.bbapap.2003.08.012 . ПМИД 14871664 .
- ^ Jump up to: а б с Федеричи Л., Капрари С., Маттеи Б., Савино С., Ди Маттео А., Де Лоренцо Г., Червоне Ф., Церноглу Д. Структурные требования эндополигалактуроназы для взаимодействия с PGIP (белком, ингибирующим полигалактуроназу). Proc Natl Acad Sci, США, 6 ноября 2001 г.; 98 (23): 13425-30.
- ^ Бонивенто Д., Понтиджа Д., Маттео А.Д., Фернандес-Ресио Х., Сальви Г., Церноглу Д., Червоне Ф., Лоренцо Г.Д., Федеричи Л. (январь 2008 г.). «Кристаллическая структура эндополигалактуроназы фитопатогенного гриба Colletotrichum lupini и ее взаимодействие с белками, ингибирующими полигалактуроназу» . Белки . 70 (1): 294–9. дои : 10.1002/прот.21610 . ПМИД 17876815 .
- ^ ван Пудеройен Г., Снейдер Х.Дж., Бенен Дж.А., Дейкстра Б.В. (ноябрь 2003 г.). «Структурные данные о процессивности эндополигалактуроназы I из Aspergillus niger » (PDF) . Письма ФЭБС . 554 (3): 462–6. дои : 10.1016/s0014-5793(03)01221-3 . ПМИД 14623112 .
- ^ ван Сантен И., Бенен Дж.А., Шретер К.Х., Калк К.Х., Арманд С., Виссер Дж., Дейкстра Б.В. (октябрь 1999 г.). «1.68-Кристаллическая структура эндополигалактуроназы II из Aspergillus niger и идентификация остатков активного центра методом направленного мутагенеза» . Журнал биологической химии . 274 (43): 30474–80. дои : 10.1074/jbc.274.43.30474 . ПМИД 10521427 .
- ^ Пикерсгилл Р., Смит Д., Уорбойс К., Дженкинс Дж. (сентябрь 1998 г.). «Кристаллическая структура полигалактуроназы Erwinia carotovora ssp. carotovora» . Журнал биологической химии . 273 (38): 24660–4. дои : 10.1074/jbc.273.38.24660 . ПМИД 9733763 .
- ^ Jump up to: а б «Сведения о КЭ 3.2.1.15 - полигалактуроназа» . БРЕНДА .
- ^ Jump up to: а б Пресси Р., Регер Б.Дж. (1989). «Полигалактуроназа в пыльце кукурузы и других трав». Наука о растениях . 59 (1): 57–62. дои : 10.1016/0168-9452(89)90008-3 .
- ^ Феррари С, Саватин Д.В., Сицилия Ф, Граменья Г, Червоне Ф, Лоренцо Г.Д. (13 марта 2013 г.). «Олигогалактурониды: молекулярные закономерности, связанные с повреждением растений, и регуляторы роста и развития» . Границы в науке о растениях . 4 (49): 49. дои : 10.3389/fpls.2013.00049 . ПМК 3595604 . ПМИД 23493833 .
- ^ Хархолт Дж., Суттангкакул А., Вибе Шеллер Х. (июнь 2010 г.). «Биосинтез пектина» . Физиология растений . 153 (2): 384–95. дои : 10.1104/стр.110.156588 . ПМЦ 2879803 . ПМИД 20427466 .
- ^ Орфила С., Сеймур ГБ, Уиллатс В.Г., Хаксхэм И.М., Джарвис М.С., Довер С.Дж., Томпсон А.Дж., Нокс Дж.П. (май 2001 г.). «Измененная гомогалактуронан средней пластинки и нарушение отложения (1→5)-α-L-арабинана в околоплоднике Cnr, созревающего мутанта томата» . Физиология растений . 126 (1): 210–21. дои : 10.1104/стр.126.1.210 . ПМК 102295 . ПМИД 11351084 .
- ^ Берг Дж. М., Тимочко Дж. Л., Страйер Л. (2012). Биохимия (7-е изд.). WH Фриман и компания. п. 167. ИСБН 9781429229364 .
- ^ Шихи Р.Э., Крамер М., Хайатт В.Р. (декабрь 1988 г.). «Снижение активности полигалактуроназы в плодах томата антисмысловой РНК» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 85 (23): 8805–9. Бибкод : 1988PNAS...85.8805S . дои : 10.1073/pnas.85.23.8805 . ПМЦ 282595 . ПМИД 16593997 .
- ^ Хэдфилд К.А., Беннетт А.Б. (июнь 1998 г.). «Полигалактуроназы: множество генов в поисках функции» . Физиология растений . 117 (2): 337–43. дои : 10.1104/стр.117.2.337 . ПМК 1539180 . ПМИД 9625687 .
- ^ Дж. Даунс С., Дж. Брэди С., Гули А. (июнь 1992 г.). «Белок экзополигалактуроназа накапливается в конце созревания плодов персика». Физиология Плантарум . 85 (2): 133–140. дои : 10.1111/j.1399-3054.1992.tb04715.x .
- ^ Пресси, Рассел (1991). «Полигалактуроназа в пыльце деревьев» . Фитохимия . 30 (6): 1753–1755. дои : 10.1016/0031-9422(91)85006-L .
- ^ Бергер Р.К., Рид П.Д. (15 января 1979 г.). «Роль полигалактуроназы в опадении листьев фасоли» . Физиология растений . 63 (6): 1133–1137. дои : 10.1104/стр.63.6.1133 . ПМК 542983 . PMID 16660870 .
- ^ Бонги С., Расио Н., Рамина А., Касадоро Г. (декабрь 1992 г.). «Участие целлюлазы и полигалактуроназы в опадении листьев и плодовых эксплантов персика». Молекулярная биология растений . 20 (5): 839–848. дои : 10.1007/bf00027155 . ПМИД 1281437 . S2CID 12409373 .
- ^ Селорио-Мансера Мде Л., Карл Греве Л., Тойбер Л.Р., Лабавич Дж.М. (февраль 2009 г.). «Идентификация эндо- и экзо-полигалактуроназной активности в слюнных железах Lygus hesperus (Knight)» (PDF) . Архив биохимии и физиологии насекомых . 70 (2): 122–35. дои : 10.1002/arch.20282 . ПМИД 19085947 .
- ^ Jump up to: а б с Ди Маттео А, Федеричи Л, Маттеи Б, Сальви Г, Джонсон К.А., Савино С, Де Лоренцо Г, Церноглу Д, Червоне Ф (август 2003 г.). «Кристаллическая структура белка, ингибирующего полигалактуроназу (PGIP), богатого лейцином повторяющегося белка, участвующего в защите растений» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 100 (17): 10124–8. Бибкод : 2003PNAS..10010124D . дои : 10.1073/pnas.1733690100 . ЧВК 187787 . ПМИД 12904578 .
- ^ Дэниел Кинг, Карл Бергманн, Рон Орландо, Жак А.Э. Бенен, Гарри К.М. Кестер и Яап Виссер; «Использование масс-спектрометрии амидного обмена для изучения конформационных изменений в системе эндополигалактуроназа II – полигалактуроновая кислота – белок, ингибирующий полигалактуроназу», Biochem. 41, 10225-10233, 2002 г.
