Восстановительные дегаголагензы ( EC 1.97.1.8) представляют собой группу ферментов, используемых в органогалогенидных дышащих бактериях. [1] [2] Эти ферменты в основном прикреплены к периплазматической стороне цитоплазматической мембраны и играют центральную роль в энергосберегающем респираторном процессе для дышащих органо-галогенидных бактерий за счет уменьшения галогенидов. Во время такой реакции восстановительного дегалогенирования органогалогениды используются в качестве концевых акцепторов электронов . Они катализируют следующие общие реакции:
- RX + 2 e - + 2 H + → RH + HX
- X-RR-X + 2 е - + 2 H + → R = R + 2X -
Эти связанные с мембраной ферменты вызвали большой интерес для детоксикации галогенидорганических загрязнителей. Загрязнение галогенидами - серьезная глобальная экологическая проблема, влияющая на почву и грунтовые воды; а восстановительные дегалогеназы - многообещающий природный инструмент для биоремедиации.
Устройство и механизм
Восстановительные дегалогеназы относятся к семейству ферментов кобамида (или витамина B12 ). Они содержат кобаламин в его активном каталитическом центре, где происходит фактическая восстановительная реакция. Они также содержат кластеры железа и серы, которые обеспечивают восстановительные эквиваленты. [1] [3] Все мембранно-ассоциированные дегалогеназы содержат N-концевую сигнальную последовательность двойного аргинина (ТАТ) (RRXFXK), которая является консервативным сигнальным пептидом для транслокации мембранных белков. Ранее сообщалось о мономерных, а также димерных формах.
Ферментативный механизм еще недостаточно изучен; однако в нескольких исследованиях сообщалось о различных механизмах, включающих кобальтовый аддукт , перенос одного электрона и связь галоген-кобальт. [1]
Изучены распространенные восстановительные дегалогеназы
Восстановительные дегалогеназы из видов Dehalobacter
- Хлороформ- восстановительные дегалогеназы: TmrA [4] [5] и CfrA [6]
Восстановительные дегалогеназы из видов Dehalococcoides
- Винилхлорид, восстанавливающий VcrA [7]
- Гексахлорбензол, разлагающий CbrA [8]
Восстановительные дегалогеназы из видов Desulfitobacterium
- Перхлорэтен и трихлорэтен, разлагающие PceA [9]
Методы производства
Родные ферменты
Примерами являются те, которые могут дехлорировать хлороформ (TmrA), PCE (PceA), TCE (TceA) и VC (VcrA). [2] Сообщается, что очистка таких ферментов в нативных формах затруднена; однако некоторые из таких ферментов были очищены почти до гомогенности. [10] [11] Ультрацентрифугирование , солюбилизация мембран и серия жидкостной хроматографии - это обычно используемые методы выделения и очистки. Хлороформ-восстанавливающая дегалогеназа - это новейшая восстановительная дегалогеназа, которая была успешно произведена и очищена. [4]
Гетерологические выражения
Исследователи в этой области обратили свой интерес к гетерологичной экспрессии тех же ферментов из-за трудностей с получением этих ферментов в нативной форме. Только недавно было функционально экспрессировано несколько рекомбинантных редуктивных дегалогеназ, что выводит исследования дегалогеназ на новый уровень. [12] [7] [3] [5] Эти успешные усилия способствуют дальнейшим исследованиям их биохимических и структурных свойств.
Первая мембраносвязанная респираторно-восстановительная дегалогеназа была гетерологично экспрессирована в растворимой и активной форме и очищена с использованием Bacillus megaterium . [5]
Использование в биоремедиации
В последние годы исследования восстановительных дегалогеназ вызвали большой интерес как академических, так и промышленных исследователей в связи с их потенциальным применением в биоремедиации загрязнения галогенидами органоидов.
Рекомендации
- ^ a b c Jugder, Bat-Erdene; Эртан, Халук; Ли, Мэтью; Мэнфилд, Майкл; Маркиз, Кристофер П. (2015). «Восстановительные дегалогеназы достигают зрелости при биологическом разрушении галогенидов». Тенденции в биотехнологии . 33 (10): 595–610. DOI : 10.1016 / j.tibtech.2015.07.004 . ISSN 0167-7799 . PMID 26409778 .
- ^ а б Югдер, Бат-Эрдене; Эртан, Халук; Бол, Сюзанна; Ли, Мэтью; Маркиз, Кристофер П .; Мэнфилд, Майкл (2016). «Органогалогенидные респираторные бактерии и восстановительные дегалогеназы: ключевые инструменты в биоремедиации органогалогенидов» . Границы микробиологии . 7 : 249. DOI : 10,3389 / fmicb.2016.00249 . ISSN 1664-302X . PMC 4771760 . PMID 26973626 .
- ^ а б Quezada, CP; Пейн, КАП; Лейс, Д. (2014). «Восстановительная структура дегалогеназы предполагает механизм B12-зависимого дегалогенирования» . Природа . 517 (7535): 513–516. DOI : 10,1038 / природа13901 . PMC 4968649 . PMID 25327251 .
- ^ а б Югдер, Бат-Эрдене; Бол, Сюзанна; Лебхар, Элен; Хили, Роберт Д.; Мэнфилд, Майк; Маркиз, Кристофер П .; Ли, Мэтью (2017-06-20). «Бактериальная дегалогеназа, восстанавливающая хлороформ: очистка и биохимическая характеристика» . Микробная биотехнология . 10 (6): 1640–1648. DOI : 10.1111 / 1751-7915.12745 . ISSN 1751-7915 . PMC 5658581 . PMID 28631300 .
- ^ а б в Югдер, Бат-Эрдене; Пейн, Карл А.П.; Фишер, Карл; Бол, Сюзанна; Лебхар, Элен; Мэнфилд, Майк; Ли, Мэтью; Лейс, Дэвид; Маркиз, Кристофер П. (24 января 2018 г.). «Гетерологичное производство и очистка функциональной хлороформ-восстановительной дегалогеназы». ACS Химическая биология . 13 (3): 548–552. DOI : 10.1021 / acschembio.7b00846 . ISSN 1554-8929 . PMID 29363941 .
- ^ Tang, S .; Эдвардс, EA (11 марта 2013 г.). «Идентификация дегалогеназ, восстанавливающих Dehalobacter, которые катализируют дехлорирование хлороформа, 1,1,1-трихлорэтана и 1,1-дихлорэтана» . Философские труды Королевского общества B: биологические науки . 368 (1616): 20120318. DOI : 10.1098 / rstb.2012.0318 . ISSN 0962-8436 . PMC 3638459 . PMID 23479748 .
- ^ а б Партасарати, Ануттхаман; Стич, Трой А .; Lohner, Svenja T .; Леснефски, Энн; Бритт, Р. Дэвид; Спорман, Альфред М. (4 марта 2015 г.). "Биохимическое и ЭПР-спектроскопическое исследование гетерологически экспрессируемой винилхлоридредуктивной дегалогеназы (VcrA) из штамма VS Dehalococcoides mccartyi" . Журнал Американского химического общества . 137 (10): 3525–3532. DOI : 10.1021 / ja511653d . ISSN 0002-7863 . PMC 4516053 . PMID 25686300 .
- ^ Вагнер, А. Сеглер, Л. Кляйнштайбер, С. Саверс, Г. Смидт, Х. Лехнер, У. (2013). Регуляция редуктивной транскрипции гена дегалогеназы у Dehalococcoides mccartyi . OCLC 1018969275 .CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
- ^ Суяма, А .; Yamashita, M .; Ёшино, С .; Фурукава, К. (01.07.2002). «Молекулярная характеристика редуктивной дегалогеназы PceA штамма Y51 Desulfitobacterium sp.» . Журнал бактериологии . 184 (13): 3419–3425. DOI : 10.1128 / jb.184.13.3419-3425.2002 . ISSN 0021-9193 . PMC 135124 . PMID 12057934 .
- ^ Нойман, Анке; Вольфарт, Герт; Дикерт, Габриэле (1996-07-12). «Очистка и характеристика тетрахлорэтен восстановительной дегалогеназы из Dehalospirillum multivorans» . Журнал биологической химии . 271 (28): 16515–16519. DOI : 10.1074 / jbc.271.28.16515 . ISSN 0021-9258 . PMID 8663199 .
- ^ Ni, S; Фредриксон, Дж. К.; Сюнь, Л. (1995). «Очистка и характеристика новой 3-хлорбензоатредуктивной дегалогеназы из цитоплазматической мембраны Desulfomonile tiedjei DCB-1» . Журнал бактериологии . 177 (17): 5135–5139. DOI : 10.1128 / jb.177.17.5135-5139.1995 . ISSN 0021-9193 . PMC 177294 . PMID 7665493 .
- ^ Мак Нелли, Анита; Кай, Марко; Сватош, Алеш; Дикерт, Габриэле; Шуберт, Торстен (9 мая 2014 г.). «Функциональная гетерологичная продукция восстановительных дегалогеназ из штаммов Desulfitobacterium hafniense» . Прикладная и экологическая микробиология . 80 (14): 4313–4322. DOI : 10,1128 / aem.00881-14 . ISSN 0099-2240 . PMC 4068680 . PMID 24814779 .