Из Википедии, свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
нитрилаза 1
3IVZ.pdb.png
Идентификаторы
Условное обозначениеNIT1
Ген NCBI4817
HGNC7828
OMIM604618
PDB3IVZ
RefSeqNM_005600
UniProtQ86X76
Прочие данные
LocusChr. 1 птер-четверть
Искать
СтруктурыШвейцарская модель
ДоменыИнтерПро

Нитрилазная ферменты (нитрильный aminohydrolase; EC 3.5.5.1 ) катализирует на гидролиз из нитрилов до карбоновых кислот и аммиака , без образования «свободных» амидных промежуточных соединений. [1] Нитрилазы участвуют в биосинтезе природных продуктов и посттрансляционных модификациях у растений, животных, грибов и некоторых прокариот. Нитрилазы также можно использовать в качестве катализаторов в препаративной органической химии. Среди прочего, нитрилазы использовались для разделения рацемических смесей . Нитрилазу не следует путать с нитрилгидратазой ( нитрилгидролазой ; EC 4.2.1.84 ), который гидролизует нитрилы до амидов. Нитрилгидратазы почти всегда коэкспрессируются с амидазой, которая превращает амид в карбоновую кислоту. Следовательно, иногда бывает трудно отличить активность нитрилазы от активности нитрилгидратазы и амидазы.

Механизм [ править ]

Нитрилаза была впервые открыта в начале 1960-х годов из-за ее способности катализировать гидратацию нитрила до карбоновой кислоты . [2] Хотя в то время было известно, что нитрилаза может действовать с широкой субстратной специфичностью при производстве соответствующей кислоты, более поздние исследования сообщили о первой активности NHase ( нитрилгидратазы ), проявляемой нитрилазой. [3] [4] То есть амидные соединения также могут быть образованы путем гидролиза нитрила . Дальнейшие исследования выявили несколько условий, способствующих образованию амида, которые описаны ниже. [4]

  • Раннее высвобождение связанного с ферментом субстрата после первого водного гидролиза с последующим отложенным добавлением второй воды
  • Условия низкой температуры и повышенного pH. Для биоконверсии нитрилазой большинства бактерий и грибов оптимальный диапазон pH составляет 7,0-8,0, а оптимальный диапазон температур - 30-50 ℃.
  • Электроноакцепторные группы в ⍺-положении
Превращению обычного нитрила в амид или карбоновую кислоту способствует нитрилаза. [5] [1]

Ниже приведен список этапов преобразования общего нитрильного соединения с помощью нитрилазы: [4]

  1. Электрофильный углерод нитрила подлежит нуклеофильный атаки одной из двух групп SH на нитрилазах.
  2. Образовавшийся тиоимидат впоследствии гидролизуется до ацилензима, и в качестве побочного продукта образуется аммиак .
  3. Ацилензим может проходить один из двух путей в зависимости от условий, указанных выше:
    • Дальнейший гидролиз ацилензима водой дает карбоновую кислоту и регенерированный фермент.
    • Ацилензим гидролизуется аммиаком, вытесняя фермент и образуя амидный продукт.

Структура [ править ]

Активный центр термоактивной нитрилазы из Pyrococcus abyssi, детализирующий каталитическую триаду Lys-Cys-Glu, ответственную за расщепление связей CN. К сожалению, попытки кристаллизовать фермент с помощью фумаро- или малононитрила оказались неэффективными, поэтому связывающий мотив остается неизвестным. [6]

Большинство нитрилаз состоят из одного полипептида в диапазоне от 32 до 45 кДа [7], и его структура является-β-β--кратной. [4] Предпочтительной формой фермента является большая нить, состоящая из 6–26 субъединиц . [7] нитрилазный эксплуатирует Lys - Cys - Glu каталитической триады , которая необходима для его активного сайта функции и повышения ее производительности. [4] [7]

Структура термоактивной нитрилазы P. abyssi состоит из 2-кратно симметричного димера, каждая субъединица которого содержит 262 остатка. [8] [9] Подобно другим нитрилазам в семействе нитрилаз, каждая субъединица имеет ⍺-β-β-сэндвич-складку; когда две субъединицы объединяются и взаимодействуют, белок образует структуру «суперсэндвич» (⍺-β-β--⍺-β-β-). [6] Для димеризации С-концы каждой субъединицы выходят из ядра и взаимодействуют друг с другом, и это в значительной степени стало возможным благодаря солевым мостикам, образованным между остатками аргинина и глутамата . [6]

Хотя точный механизм связывания с нитрильным субстратом все еще остается неизвестным, путем сравнения последовательности и структуры с другими нитрилазами было установлено, что каталитическая триада состоит из Glu 42, Lys 113 и Cys 146. [6] [4] [ 7] С помощью программ моделирования белков было обнаружено, что Glu 42 является каталитическим основанием для активации нуклеофила (Cys 146) на основании относительно небольшого расстояния между O в Glu и S в Cys. Аналогичным образом предполагалось, что Lys 113 является каталитической кислотой, ответственной за перенос протонов к субстрату. [8] [10]

Биологическая функция [ править ]

Нитрилазы играют важную роль во взаимодействиях растений и микробов для защиты, детоксикации , использования азота и синтеза растительных гормонов. [11] У растений есть две различные группы в отношении специфичности субстрата: группы с высокой гидролитической активностью по отношению к арилацетонитрилам и группы с высокой активностью по отношению к β-циано- L- аланину . NIT1, 2 и 3 видов A. thaliana являются примерами первой группы растительных нитрилаз ( арилацетонитрилаз ), которые гидролизуют нитрилы, образующиеся во время синтеза или разложения цианогенных гликозидов и глюкозинолатов.. Субстраты арилцетонитрила для этих конкретных ферментов состоят из фенилпропионитрила и других продуктов, являющихся результатом метаболизма глюкозинолатов. [11] [12] NIT4, однако, относится ко второй группе растительных нитрилаз и имеет решающее значение для детоксикации цианидов в растениях. [3] [11] [13]

Более того, микробы также потенциально могут использовать нитрилазу для детоксикации и ассимиляции нитрилов и цианидов, которые существуют в окружающей среде растений. [11] Примером этого является β-циано- L- аланиннитрилаза растительной бактерии P. fluorescens SBW25. [14] Хотя неизвестно, сталкивается ли эта растительная бактерия с токсическими уровнями β-циано-ʟ-аланина в естественных условиях, активность нитрилазы наблюдалась в цианогенных растениях; таким образом, похоже, что нитрилаза служит преобладающим механизмом для детоксикации цианида вместо β-циано--аланина. [11] [14]Другие бактериальные применения нитрилаз, продуцируемых ассоциированными с растениями микроорганизмами, включают разложение растительных нитрилов для получения источника углерода и азота. P. fluorescens EBC191 гидролизует многие арилацетонитрилы, а именно манделонитрил , который служит защитой от травоядных животных. [11] [15] [16]

Дальнейшее чтение [ править ]

  • Винклер М., Глидер А., Клемпьер Н. (март 2006 г.). «Стабилизатор ферментов ДТТ катализирует гидролиз нитрилов аналогом нитрилазы». Химические коммуникации (12): 1298–300. DOI : 10.1039 / B516937B . PMID  16538253 .

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b Pace HC, Brenner C (2001). «Надсемейство нитрилаз: классификация, строение и функции» . Геномная биология . 2 (1): ОБЗОРЫ0001. DOI : 10.1186 / GB-2001-2-1-reviews0001 . PMC 150437 . PMID 11380987 .  
  2. ^ Thimann К.В., Mahadevan S (апрель 1964). «Нитрилаза. I. Возникновение, получение и общие свойства фермента». Архивы биохимии и биофизики . 105 : 133–41. DOI : 10.1016 / 0003-9861 (64) 90244-9 . PMID 14165487 . 
  3. ^ a b Piotrowski M, Schönfelder S, Weiler EW (январь 2001 г.). «Изоген NIT4 Arabidopsis thaliana и его ортологи в табаке кодируют бета-циано-L-аланингидратазу / нитрилазу» . Журнал биологической химии . 276 (4): 2616–21. DOI : 10.1074 / jbc.M007890200 . PMID 11060302 . 
  4. ^ Б с д е е Gong JS, Lu ZM, Ли H, Ши JS, Zhou ZM, Xu ZH (октябрь 2012 г.). «Нитрилазы в биокатализе нитрила: последние достижения и предстоящие исследования» . Фабрики микробных клеток . 11 : 142. DOI : 10,1186 / 1475-2859-11-142 . PMC 3537687 . PMID 23106943 .  
  5. ^ Heinemann U, Энгельс D, S Бюргера, Kiziak С, Р Штейн, Штольц А (2003). «Клонирование гена нитрилазы из штамма cyanobacterium Synechocystis sp. PCC6803 и гетерологичная экспрессия и характеристика кодируемого белка» . Прикладная и экологическая микробиология . 69 (8): 4359–66. DOI : 10,1128 / AEM.69.8.4359-4366.2003 . PMC 169084 . PMID 12902216 .  
  6. ^ a b c d Рачинская JE, Воргьяс CE, Антраникян G, Rypniewski W (февраль 2011 г.). «Кристаллографический анализ термоактивной нитрилазы». Журнал структурной биологии . 173 (2): 294–302. DOI : 10.1016 / j.jsb.2010.11.017 . PMID 21095228 . 
  7. ^ a b c d О'Рейли C, Тернер PD (2003). «Семейство нитрилаз ферментов гидролиза CN - сравнительное исследование» . Журнал прикладной микробиологии . 95 (6): 1161–74. DOI : 10.1046 / j.1365-2672.2003.02123.x . PMID 14632988 . 
  8. ^ a b Накай Т., Хасэгава Т., Ямасита Е., Ямамото М., Кумасака Т., Уэки Т., Нанба Х, Икенака И., Такахаши С., Сато М., Цукихара Т. (июль 2000 г.). «Кристаллическая структура амидогидролазы N-карбамил-D-аминокислоты с новым каталитическим каркасом, общим для амидогидролаз». Структура . 8 (7): 729–37. DOI : 10.1016 / s0969-2126 (00) 00160-X . PMID 10903946 . 
  9. ^ Пейс НС, Hodawadekar СК, Draganescu А, Хуанг Дж, Bieganowski Р, Пекарский Y, Кроче СМ, Бреннер С (2017-07-27). «Кристаллическая структура белка червя NitFhit Rosetta Stone показывает тетрамер Nit, связывающий два димера Fhit». Текущая биология . 10 (15): 907–17. DOI : 10.1016 / s0960-9822 (00) 00621-7 . PMID 10959838 . S2CID 4644034 .  
  10. ^ Йейтс TO (1997-01-01). «Обнаружение и преодоление двойникования кристаллов». Методы в энзимологии . 276 : 344–58. DOI : 10.1016 / s0076-6879 (97) 76068-3 . PMID 9048378 . 
  11. ^ a b c d e f Howden AJ, Preston GM (июль 2009 г.). «Ферменты нитрилазы и их роль во взаимодействиях растений и микробов» . Микробная биотехнология . 2 (4): 441–51. DOI : 10.1111 / j.1751-7915.2009.00111.x . PMC 3815905 . PMID 21255276 .  
  12. ^ Vorwerk S, Biernacki S, Hillebrand H, Janzik I, Мюллер A, Weiler EW, Пиотровский M (март 2001). «Ферментативная характеристика подсемейства рекомбинантной нитрилазы Arabidopsis thaliana, кодируемого кластером генов NIT2 / NIT1 / NIT3». Planta . 212 (4): 508–16. DOI : 10.1007 / s004250000420 . PMID 11525507 . S2CID 25573914 .  
  13. ^ Пиотровский M (ноябрь 2008). «Первичные или вторичные? Универсальные нитрилазы в метаболизме растений». Фитохимия . 69 (15): 2655–67. DOI : 10.1016 / j.phytochem.2008.08.020 . PMID 18842274 . 
  14. ^ a b Howden AJ, Харрисон CJ, Престон GM (январь 2009 г.). «Сохраненный механизм метаболизма нитрила в бактериях и растениях». Заводской журнал . 57 (2): 243–53. DOI : 10.1111 / j.1365-313X.2008.03682.x . PMID 18786181 . 
  15. ^ Kiziak С, D Конрадт, Штольц А, Штейн R, Klein J (ноябрь 2005 г.). «Нитрилаза из Pseudomonas fluorescens EBC191: клонирование и гетерологичная экспрессия гена и биохимическая характеристика рекомбинантного фермента» . Микробиология . 151 (Pt 11): 3639–48. DOI : 10.1099 / mic.0.28246-0 . PMID 16272385 . 
  16. ^ Legras JL, Chuzel G, Arnaud A, Galzy P (июнь 1990). «Природные нитрилы и их метаболизм». Всемирный журнал микробиологии и биотехнологии . 6 (2): 83–108. DOI : 10.1007 / BF01200927 . PMID 24429979 . S2CID 5463965 .  

Внешние ссылки [ править ]

  • нитрилаза в Национальной медицинской библиотеке США по медицинским предметным рубрикам (MeSH)