Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Галогенгидрина dehalogenase является фермент участвует в бактериальной деградации вицинальных галогидринов . У некоторых видов бактерий он катализирует дегалогенирование галогидринов с образованием соответствующих эпоксидов. [1] Различные изоформы фермента попадают в одну из трех групп: A, B или C. [2] Галогеназы одного класса генетически схожи, но сильно отличаются от галогеназ из другой группы. [2] [3] В настоящее время наиболее хорошо изученной изоформой является HheC, очищенная от бактерий вида Agrobacterium radiobacter . [4]Способность дегалогенировать органические соединения, а также образовывать энантиомерные селективные эпоксиды вызвала интерес к потенциалу этого фермента в биохимической области. [5]

Структура [ править ]

В настоящее время из трех известных классов галогидриндегалогеназ только два были описаны с помощью рентгеноструктурных исследований. [6] [7] Однако оба этих класса имеют схожую структуру, которую можно описать следующим образом (1): [3] галогидриндегалогеназа имеет структуру тетрамера с симметрией, характерной для димера димеров. [8] Каждая мономерная субъединица состоит из семи альфа-спиралей и девяти бета-листов. [3]Эти мономеры взаимодействуют через две самые длинные альфа-спирали с образованием альфа-спирального пучка с образованием димера. Конечная четвертичная структура образуется, когда два димера взаимодействуют посредством различного набора альфа-спиралей и антипараллельных бета-слоев; Считается, что взаимодействия между бета-слоями представляют собой комбинацию как гидрофобного, так и электростатического притяжения. [8]

На каждую субъединицу мономера приходится приблизительно один каталитический сайт, что дает в общей сложности четыре возможных каталитических сайта на ферментативном тетрамере. Активный центр состоит из каталитической триады Ser132-Tyr145-Arg149. [3] Остатки серина и тирозина стабилизируют субстрат и его промежуточное соединение, в то время как аргинин изменяет pKa Tyr145, делая его каталитически активным. [8]

Механизм [ править ]

Галогидриндегалогеназа механически расщепляет связь углерод-галоген посредством образования эпоксида из вицинальной гидроксильной группы. [8] [3] Субстрат связывается с активным центром посредством водородной связи, которая координируется Ser132 и депротонированной формой Tyr145. Неспособность депротонировать Tyr145 остатком Arg149 приводит к дестабилизации взаимодействия между ферментом и субстратом, что приводит к снижению биологической активности. Кислород в Tyr145 депротонирует гидроксильную группу субстрата. Депротонированный кислород затем действует как нуклеофил и выполняет реакцию Sn2 на вицинальном углероде, который связан с галогеном; это высвобождает ион галогена и одновременно образует эпоксид. Дегалогеназы также способны катализировать раскрытие цикла эпоксида. Активный центр достаточно велик для размещения нуклеофила, который может выполнять нуклеофильную атаку на эпоксид, раскрывая эпоксидное кольцо и добавляя новую функциональную группу к субстрату.[8]

Общий механизм действия галогидриндегалогеназ

Что касается геометрии продукта, дегалогеназы как класса A, так и B имеют низкое избирательное предпочтение в отношении изомера (S) -эпоксида. [9] [10] Однако образование изомера (R) -эпоксида, катализируемое ферментами класса C, особенно HHeC, является высоким. Одно исследование сообщает, что HHeC катализирует (R) -эпоксид до 99% энантиомерного избытка. [8] Однако технология очистки этого фермента и его использования в промышленных масштабах еще не оптимизирована. [11]

Ссылки [ править ]

  1. ^ Fauzi AM, Хардмэн DJ, Bull AT (1996). «Биодегалогенирование низких концентраций 1,3-дихлорпропанола моно- и смешанными культурами бактерий». Appl Microbiol Biotechnol . 46 : 660–666. DOI : 10.1007 / s002530050877 .
  2. ^ a b van Hylckama Vlieg JE, Tang LX, Lutje Spelberg JH, Smilda T, Poelarends GJ, Bosma T, van van Merode AE, Fraaije MW, Janssen DB (2001). «Галогидриндегалогеназы структурно и механически родственны короткоцепочечным дегидрогеназам / редуктазам» . J Bacteriol . 183 : 5058–5066. DOI : 10.1128 / jb.183.17.5058-5066.2001 .
  3. ^ а б в г д Ю ZY, Лю ZQ, Чжэн YG (2013). «Свойства и биотехнологические применения галогидриндегалогеназ: современное состояние и перспективы на будущее». Appl Microbiol Biotechnol . 97 : 9–21. DOI : 10.1007 / s00253-012-4523-0 .
  4. ^ http://www.rug.nl/research/biotransformation-biocatalysis/research/biodegr
  5. ^ Choi WJ, Choi CY (2005). «Производство хиральных эпоксидов: энантиоселективный гидролиз, катализируемый эпоксидгидролазой». Биотехнология Биопроцесс . 10 : 167–179. DOI : 10.1007 / bf02932009 .
  6. ^ де Йонг RM, Rozeboom HJ, Kalk KH, Tang LX, Janssen DB, Dijkstra BW (2002). «Кристаллизация и предварительный рентгеновский анализ энантиоселективной галогидриндегалогеназы из Agrobacterium radiobacter AD1». Acta Crystallogr D . 58 : 176–178. DOI : 10.1107 / s0907444901019618 .
  7. ^ де Йонг RM, Калк К.Х., Тан Л., Janssen DB, Dijkstra BW (2006). «Рентгеновская структура галогеналкогольдегалогеназы HheA из штамма AD2 Arthrobacter sp.: Понимание энантиоселективности и связывания галогенов в семействе галогеналкогольдегалогеназ» . J Bacteriol . 188 : 4051–4056. DOI : 10.1128 / jb.01866-05 .
  8. ^ Б с д е е де Jong RM, Tiesinga JJ, Rozeboom HJ, Kalk KH, Тан L, Janssen DB, Дейкстры BW (2003). «Структура и механизм бактериальной галогеналкогольдегалогеназы: новая вариация укороченной короткоцепочечной дегидрогеназы / редуктазы без сайта связывания NAD (P) H» . EMBO J . 22 : 4933–4944. DOI : 10,1093 / emboj / cdg479 . PMC 204463 . 
  9. ^ Тан LX, Чжу XC, Чжэн ГИ, Цзян RX, Еленков MM (2012). «Ключевые остатки для контроля энантиоселективности галогидриндегалогеназы из штамма AD2 Arthrobacter sp., Выявленные структурно-управляемой направленной эволюцией» . Appl Environ Microbiol . 78 : 4051–4056. DOI : 10,1128 / AEM.06586-11 . PMC 3318787 . PMID 22327597 .  
  10. ^ Еленков М.М., Hauer B, Janssen DB (2006). «Энантиоселективное раскрытие цикла эпоксидов с цианидом, катализируемое галогидриндегалогеназами: новый подход к нерацемическим β-гидроксинитрилам». Расширенный синтез и катализ . 348 : 579–585. DOI : 10.1002 / adsc.200505333 .
  11. ↑ Assis HM, Sallis PJ, Bull AT, Hardman DJ (1998). «Биохимическая характеристика галогеналкогольной дегалогеназы из Arthrobacter erithii H10a. Фермент». Enzyme Microb Technol . 22 : 568–574. DOI : 10.1016 / s0141-0229 (97) 00254-8 .

Внешние ссылки [ править ]

  • галогидрин + дегалогеназа в Национальной медицинской библиотеке США по медицинским предметным рубрикам (MeSH)