В энзимологии , нитрилгидратаз (NHases; EC 4.2.1.84 ) являются мононуклеарными железами или не корриноиды кобальта ферментов , которые катализируют гидратацию различных нитрилов до соответствующих амидов
нитрилгидратаза | ||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Идентификаторы | ||||||||
ЕС нет. | 4.2.1.84 | |||||||
№ CAS | 82391-37-5 | |||||||
Базы данных | ||||||||
IntEnz | Просмотр IntEnz | |||||||
BRENDA | BRENDA запись | |||||||
ExPASy | Просмотр NiceZyme | |||||||
КЕГГ | Запись в KEGG | |||||||
MetaCyc | метаболический путь | |||||||
ПРИАМ | профиль | |||||||
Структуры PDB | RCSB PDB PDBe PDBsum | |||||||
Генная онтология | Amigo / QuickGO | |||||||
|
RC≡N + H 2 O → RC (O) NH 2
Металлический кофактор
В биохимии кобальт обычно содержится в кольце коррина , например, в витамине B 12 . Нитрилгидратаза - один из редких типов ферментов, которые используют кобальт некорриноидным способом. Механизм , с помощью которого кобальт транспортируется в NHase , не вызывая токсичность не ясна, хотя кобальт пермеаза была идентифицирована, который транспортирует кобальт через клеточную мембрану. Идентичность металла в активном центре нитрилгидратазы можно предсказать путем анализа данных последовательности альфа-субъединицы в области, где металл связан. Присутствие аминокислотной последовательности VCTLC указывает на Co-центрированную NHase, а присутствие VCSLC указывает на Fe-центрированную NHase.
Метаболический путь
Нитрилгидратаза и амидаза - это два гидратирующих и гидролитических фермента, ответственных за последовательный метаболизм нитрилов в бактериях, которые способны использовать нитрилы в качестве единственного источника азота и углерода и совместно действуют как альтернатива активности нитрилазы , которая выполняет гидролиз нитрила без образование промежуточного первичного амида. Было предложено, чтобы последовательность в геноме хоанофлагелляты Monosiga brevicollis кодировала нитрилгидратазу. [1] Ген M. brevicollis состоял из альфа- и бета-субъединиц, слитых в один ген. Подобные гены нитрилгидратазы, состоящие из слияния бета- и альфа-субъединиц, с тех пор были идентифицированы в нескольких супергруппах эукариот, что позволяет предположить, что такие нитрилгидратазы присутствовали у последнего общего предка всех эукариот . [2]
Промышленное применение
NHases эффективно используются для промышленного производства акриламида из акрилонитрила [3] в масштабе 600 000 тонн в год [4], а также для удаления нитрилов из сточных вод. Фоточувствительные NHазы по своей природе содержат оксид азота (NO), связанный с железным центром, и его фотодиссоциация активирует фермент. Никотинамид производится промышленно [3] путем гидролиза 3-цианопиридина, катализируемого нитрилгидратазой из Rhodococcus rhodochrous J1, [5] [6], с получением 3500 тонн никотинамида в год для использования в кормах для животных. [4]
Состав
NHазы состоят из двух типов субъединиц, α и β, которые не связаны между собой по аминокислотной последовательности. NHазы существуют в виде димеров αβ или тетрамеров α 2 β 2 и связывают один атом металла на единицу αβ. Определены трехмерные структуры ряда NHаз. Субъединица α состоит из длинного вытянутого N-концевого «плеча», содержащего две α-спирали, и С-концевого домена с необычной четырехслойной структурой (α-β-β-α). Субъединица β состоит из длинной N-концевой петли, которая оборачивается вокруг субъединицы α, спирального домена, который упаковывается с N-концевым доменом субъединицы α, и C-концевого домена, состоящего из β-валика и одной короткой спирали.
|
|
сборка
Путь сборки нитрилгидратазы был впервые предложен, когда эксперименты по гель-фильтрации показали, что комплекс существует как в формах αβ, так и α2β2. [8] Эксперименты in vitro с использованием масс-спектрометрии также показали, что субъединицы α и β сначала собираются с образованием димера αβ. Затем димеры могут взаимодействовать с образованием тетрамера. [9]
Механизм
Металлический центр расположен в центральной полости на границе раздела двух субъединиц. Все белковые лиганды к атому металла обеспечиваются субъединицей α. Белковые лиганды для железа представляют собой боковые цепи трех остатков цистеина (Cys) и двух амидных атомов азота основной цепи. Ион металла октаэдрически координирован с белковыми лигандами в пяти вершинах октаэдра. Шестое положение, доступное для щели активного сайта, занято либо NO, либо лигандом, заменяющим растворитель (гидроксид или вода). Два остатка Cys, координированные с металлом, посттрансляционно модифицируются до Cys- сульфиновой (Cys-SO 2 H) и - сульфеновой (Cys-SOH) кислот.
Квантово-химические исследования предсказали, что остаток Cys-SOH может играть роль либо основания (активирующего нуклеофильную молекулу воды) [10], либо нуклеофила. [11] Впоследствии функциональная роль центра SOH как нуклеофила получила экспериментальное подтверждение. [12]
Рекомендации
- ^ Foerstner КУ, Doerks Т, Мюллер Дж, Раес Дж, Bork P (2008). Hannenhalli S (ред.). «Нитрилгидратаза в эукариотах Monosiga brevicollis» . PLOS ONE . 3 (12): e3976. Bibcode : 2008PLoSO ... 3.3976F . DOI : 10.1371 / journal.pone.0003976 . PMC 2603476 . PMID 19096720 .
- ^ Маррон А.О., Акам М., Уокер Г. (2012). Стиллер Дж. (Ред.). «Гены нитрилгидратазы присутствуют в нескольких эукариотических супергруппах» . PLOS ONE . 7 (4): e32867. Bibcode : 2012PLoSO ... 732867M . DOI : 10.1371 / journal.pone.0032867 . PMC 3323583 . PMID 22505998 .
- ^ а б Шмидбергер, JW; Hepworth, LJ; Зеленый, AP; Флитч, SL (2015). «Ферментативный синтез амидов» . В Фабере, Курт; Фесснер, Вольф-Дитер; Тернер, Николас Дж. (Ред.). Биокатализ в органическом синтезе 1 . Наука синтеза. Георг Тиме Верлаг . С. 329–372. ISBN 9783131766113.
- ^ а б Асано Ю. (2015). «Гидролиз нитрилов до амидов» . В Фабере, Курт; Фесснер, Вольф-Дитер; Тернер, Николас Дж. (Ред.). Биокатализ в органическом синтезе 1 . Наука синтеза. Георг Тиме Верлаг . С. 255–276. ISBN 9783131766113.
- ^ Нагасава, Тору; Мэтью, Калувадева Дипал; Могер, Жак; Ямада, Хидеаки (1988). «Катализируемое нитрилгидратазой производство никотинамида из 3-цианопиридина в Rhodococcus rhodochrous J1» . Прил. Environ. Microbiol. 54 (7): 1766–1769. DOI : 10,1128 / AEM.54.7.1766-1769.1988 . PMC 202743 . PMID 16347686 .
- ^ Hilterhaus, L .; Лизе, А. (2007). «Строительные блоки» . В Ульбере, Роланд; Продай, Дитер (ред.). Белая биотехнология . Достижения в области биохимической инженерии / биотехнологии . Достижения в области биохимической инженерии / биотехнологии. 105 . Springer Science & Business Media . С. 133–173. DOI : 10.1007 / 10_033 . ISBN 9783540456957. PMID 17408083 .
- ^ Нагашима С., Накасако М., Дохмае Н. и др. (Май 1998 г.). «Новый негемовый железный центр нитрилгидратазы с когтями из атомов кислорода». Nat. Struct. Биол . 5 (5): 347–51. DOI : 10.1038 / nsb0598-347 . PMID 9586994 . S2CID 20435546 .
- ^ Пейн, MS; Wu, S; Fallon, RD; Тюдор, G; Штиглиц, Б; Тернер, И. М.; Нельсон, MJ (май 1997 г.). «Стереоселективная кобальтсодержащая нитрилгидратаза». Биохимия . 36 (18): 5447–54. DOI : 10.1021 / bi962794t . PMID 9154927 .
- ^ Marsh JA, Hernández H, Hall Z, Ahnert SE, Perica T, Robinson CV, Teichmann SA (апрель 2013 г.). «Белковые комплексы подвергаются эволюционному отбору для сборки упорядоченными путями» . Cell . 153 (2): 461–470. DOI : 10.1016 / j.cell.2013.02.044 . PMC 4009401 . PMID 23582331 .
- ^ Hopmann, KH; Гуо Дж. Д., Химо Ф (2007). «Теоретическое исследование механизма первой оболочки нитрилгидратазы». Неорг. Chem . 46 (12): 4850–4856. DOI : 10.1021 / ic061894c . PMID 17497847 .
- ^ Hopmann, KH; Химо Ф (март 2008 г.). «Теоретическое исследование механизма второй оболочки нитрилгидратазы». Европейский журнал неорганической химии . 2008 (9): 1406–1412. DOI : 10.1002 / ejic.200701137 .
- ^ Салетт, М; Ву Р., Санишвили Р., Лю Д., Хольц Р.С. (2014). «Активный центр сульфеновой кислоты-лиганда в нитрилгидратазах может функционировать как нуклеофил» . JACS . 136 (4): 1186–1189. DOI : 10.1021 / ja410462j . PMC 3968781 . PMID 24383915 .CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
дальнейшее чтение
- Прасад, S; Бхалла, ТС (май 2010 г.). «Нитрилгидратазы (NHases): на стыке научных кругов и промышленности». Достижения биотехнологии . 28 (6): 725–41. DOI : 10.1016 / j.biotechadv.2010.05.020 . PMID 20685247 .
- Rzeznicka, K; Schätzle, S; Böttcher, D; Klein, J; Bornscheuer, UT (август 2009 г.). «Клонирование и функциональная экспрессия нитрилгидратазы (NHase) из Rhodococcus equi TG328-2 в Escherichia coli, его очистка и биохимическая характеристика». Appl Microbiol Biotechnol . 85 (5): 1417–25. DOI : 10.1007 / s00253-009-2153-у . PMID 19662400 . S2CID 39075717 .
- Песня, L; Ван, М; Ян, Х; Цянь, С. (июнь 2007 г.). «Очистка и характеристика энантиоселективной нитрилгидратазы из Rhodococcus sp. AJ270». Biotechnol Дж . 2 (6): 717–24. DOI : 10.1002 / biot.200600215 . PMID 17330219 . S2CID 26881034 .
- Миянага, А; Фушинобу, С; Ито, К; Шоун, H; Вакаги, Т. (январь 2004 г.). «Мутационный и структурный анализ кобальтсодержащей нитрилгидратазы на субстрате и связывании металлов». Eur J Biochem . 271 (2): 429–38. DOI : 10.1046 / j.1432-1033.2003.03943.x . PMID 14717710 .
- Hann, EC; Айзенберг, А; Фагер, СК; Perkins, NE; Gallagher, FG; Купер, С. М.; Гаваган, JE; Штиглиц, Б; Хеннесси, СМ; ДиКозимо, Р. (октябрь 1999 г.). «Производство 5-циановалерамида с использованием иммобилизованного Pseudomonas chlororaphis B23». Bioorg Med Chem . 7 (10): 2239–45. DOI : 10.1016 / S0968-0896 (99) 00157-1 . PMID 10579532 .