Малеат изомеразы - Maleate isomerase

Малеат изомеразы
Maleate Isomerase.png
Pseudomonas putida-дан малеат изомеразы
Идентификаторлар
EC нөмірі5.2.1.1
CAS нөмірі9023-74-9
Мәліметтер базасы
IntEnzIntEnz көрінісі
БРЕНДАBRENDA жазбасы
ExPASyNiceZyme көрінісі
KEGGKEGG кірісі
MetaCycметаболизм жолы
PRIAMпрофиль
PDB құрылымдарRCSB PDB PDBe PDBsum
Ген онтологиясыAmiGO / QuickGO

Жылы энзимология, а малеат изомеразы (EC 5.2.1.1 ) немесе малеат цис-тран изомеразы - Asp / Glu мүшесі расемаза бактериялардан табылған. Ол катализдеуге жауап береді цис-транс изомеризациясы C2-C3 қос байланысының малеат шығару фумарат,[1] бұл маңызды аралық болып табылады лимон қышқылының циклі.[2] Экзогеннің болуы меркаптан катализ болу үшін қажет.[3]

Малеат изомеразы катализдейтін жалпы изомеризацияның иллюстрациясы

Малеат изомеразы қатысады бутаноат алмасуы және никотинат және никотинамид метаболизмі.[4] Бұл метаболикалық деградация жолының соңғы сатысы үшін маңызды фермент никотин қышқылы. Жақында малеат изомеразы темекі қалдықтарының деградациясы үшін өндірістік мақсат болды.[5][6] Оған қатысқаны үшін де назар аударылды аспарагин қышқылы және малеин қышқылы өндіріс.[7][8][9]

Малеат изомеразасын көптеген бактериялар түрлері қолданады, соның ішінде Pseudomonas флуоресцендері,[3] Alcaligenes faecalis,[10] Bacillus stearothermophilus,[11] Serratia marcescens[8], Pseudomonas putida[12] және Nocardia farcinica.[1][5] Ферменттің молекулалық салмағы 74000 құрайды және айналым саны минутына бір моль протеинге 1800 моль құрайды.[3]

Құрылым

Asp / Glu рацемазасының басқа мүшелеріне ұқсас, малеат изомеразы екі бірдей түзіледі протомерлер, тегістеу бетімен.[13][14] Малеат изомеразасының әрбір протомерінде псевдо-екі есе симметриямен байланысқан екі домен бар, әр доменде бір каталитикалық цистеин пайда болады, бұл белсенді учаскедегі изомераза белсенділігі үшін өте маңызды.[5] Тәжірибе көрсеткендей, цистеиннің кез-келгенін серинмен алмастыру ферменттің реакция жылдамдығын едәуір төмендетеді.[1]

Каталитикалық цистеиндерден басқа, субстратты тану үшін белсенді учаскедегі бірнеше қалдықтар маңызды және реакцияның аралық өнімдерін тұрақтандыруға көмектеседі.[5][1] Мысалы, Pseudomonas putida S16-дан алынған малеат изомеразасы Asn17 және Asn169-дың дистальды малеаттың карбоксилат тобымен сутегі байланыстарын Cys82-ге дейін пайдаланады.[5] Тир139 сутегі Cys82 проксимальды малеаттың карбоксилат тобымен байланысады.[5] Pro14 және Val84 ванер-Ваальсті малеаттың С2 және С3 көміртегі атомдарымен өзара әрекеттеседі.[5]

Механизм

Малеат изомеразасының механизмі Asp / Glu рацемазасының басқа мүшелеріне ұқсас деп саналады, дегенмен толық зерттелмеген. Ұсынылған реакция механизмдерінің бірі Nocardia farcinia малеат изомеразы келесідей.[1][9] Малеат изомеразасының белсенді орнында Cys76 алдымен нуклеофил ретінде оңай әрекет етуі үшін депротацияланады.[1] Депротонирленген Cys76 күкірт атомы содан кейін малеаттың C2 атомына тікелей нуклеофильді шабуыл жасайды, C2 атомымен ковалентті байланысады.[9][1] Бір мезгілде Cys194 тиол протоны малеаттың С3 атомына ауысып, сукцинил-цистеин аралық түзеді.[9][1] Содан кейін жаңадан пайда болған C2-C3 жалғыз байланысы айналдырылады, Cys76S-C2 байланысы диссоциацияланып, C3 атомы мелаттың C3 атомы Cys194 арқылы қалпына келтіріледі, осылайша бейтарап Cys194 регенерациясымен фумарат түзіледі.[9][1] Бактериялардың белгілі бір түрінде малеат малеат изомеразасының қуысына толығымен көмілген болып көрінеді және ферменттің бетінде көрінбейді.[5]

Малеат изомеразасының бір ұсынылған реакция механизмі (C1, C2, C3, C4 - малеаттағы көміртектің төрт атомы жоғарыдан төмен)

Өнеркәсіптік маңыздылығы

Малеат изомеразасын маңызды құрылыс материалы болып табылатын фумар қышқылын алу үшін пайдалануға болады полимеризация және этерификация реакциялар, малеин қышқылының изомерленуінен.[7] Мале қышқылы өндіріледі малеин ангидриді.[7]

Мале қышқылын термиялық немесе каталитикалық жолмен фумар қышқылына айналдыруға да болады cis–транс изомеризация.[15][16] Алайда, конверсияның бұл әдістері жоғары температурада жүреді, соның салдарынан малеин және фумар қышқылдарынан қосымша өнім түзіледі, нәтижесінде кірістер тепе-теңдік кірістен төмен болады.[17] Бұл мәселе малеат изомеразасы бар альтернативті ферментативті стратегияның негізгі мотиві болды, бұл жанама өнімдерсіз изомеризацияны жеңілдетеді.[7]

Белгілі болғандай, тіпті орташа температурада табиғи малеат изомеразы тұрақсыз.[18] Сол себепті ыстыққа тұрақты малеат изомеразалары жасалып, қолданылады.[7] Мысалы, алынған термо-тұрақты малеат изомеразалары Bacillus stearothermophilus, Bacillus brevis, және Bacillus sporothermodurans процесті жақсарту үшін қолданылды.[7][17] Зерттеуде Pseudomonas alcaligenes XD-1, малеин қышқылынан фумар қышқылына айналу жылдамдығына 95% дейін жетуге болады.[19][20][7]

Пайдаланылған әдебиеттер

  1. ^ а б c г. e f ж сағ мен Fisch F, Fleites CM, Delenne M, Baudendistel N, Hauer B, Turkenburg JP, Hart S, Bruce NC, Grogan G (тамыз 2010). «Малеат изомеразасы арқылы малеаттың фермент-катализденген фумаратқа айналуындағы ковалентті сукцинилцистеинге ұқсас аралық зат». Американдық химия қоғамының журналы. 132 (33): 11455–7. дои:10.1021 / ja1053576. PMID  20677745.
  2. ^ Танака К, Кобаяши К, Огасавара Н (қыркүйек 2003). «Bacillus subtilis YufLM екі компонентті жүйесі MaeN (YufR) және YflS малат тасымалдағыштарының экспрессиясын реттейді және малатты минималды ортада қолдану үшін өте маңызды». Микробиология. 149 (Pt 9): 2317-29. дои:10.1099 / mic.0.26257-0. PMID  12949159.
  3. ^ а б c Шер W, Jakoby WB (сәуір 1969). «Малеат изомеразы». Биологиялық химия журналы. 244 (7): 1878–82. PMID  5780844.
  4. ^ Берман Э.Дж., Станьеер RY (қазан 1957). «Никотин қышқылының бактериалды тотығуы». Биологиялық химия журналы. 228 (2): 923–45. PMID  13475371.
  5. ^ а б c г. e f ж сағ Chen D, Tang H, Lv Y, Zhang Z, Shen K, Lin K, Zhao YL, Wu G, Xu P (наурыз 2013). «Pseudomonas putida S16-дан алынған малеат изомеразасын құрылымдық және есептеуіштік зерттеу барысында субстратты орап тыныс алу қозғалысы анықталады». Молекулалық микробиология. 87 (6): 1237–44. дои:10.1111 / mmi.12163. PMID  23347155.
  6. ^ Tang H, Yao Y, Wang L, Yu H, Ren Y, Wu G, Xu P (2012). «Pseudomonas putida геномдық талдауы: геном аралындағы гендер никотиннің деградациясы үшін өте маңызды». Ғылыми баяндамалар. 2: 377. дои:10.1038 / srep00377. PMC  3332521. PMID  22530095.
  7. ^ а б c г. e f ж Роа Энгель, CA, Straathof AJ, Zijlmans TW, van Gulik WM, van der Wielen LA (наурыз 2008). «Фумар қышқылын ашыту арқылы өндіру». Қолданбалы микробиология және биотехнология. 78 (3): 379–89. дои:10.1007 / s00253-007-1341-x. PMC  2243254. PMID  18214471.
  8. ^ а б Хатакеяма К, Гото М, Кобаяши М, Терасава М, Юкава Н (шілде 2000). «Serratia marcescens-тен малеат цис-транс изомеразасының тотығу сезімталдығын талдау». Биология, биотехнология және биохимия. 64 (7): 1477–85. дои:10.1271 / bbb.64.1477. PMID  10945267.
  9. ^ а б c г. e Dokainish HM, Ion BF, Gauld JW (маусым 2014). «Малеат изомеразасының каталитикалық механизмі бойынша есептеу зерттеулері: цистеин қалдықтарының белсенді орны рөлі». Физикалық химия Химиялық физика. 16 (24): 12462–74. дои:10.1039 / c4cp01342e. PMID  24827730.
  10. ^ Хатакеяма К, Асай Ю, Учида Ю, Кобаяши М, Терасава М, Юкава Н (қазан 1997). «Гендерді клондау және Alcaligenes faecalis-тен малеат цис-транс изомеразасын сипаттау». Биохимиялық және биофизикалық зерттеулер. 239 (1): 74–9. дои:10.1006 / bbrc.1997.7430. PMID  9345272.
  11. ^ Хатакеяма К, Гото М, Учида Ю, Кобаяши М, Терасава М, Юкава Н (наурыз 2000). «Термофильді бактериялардан алынған малеат цис-транс изомеразасын молекулалық талдау». Биология, биотехнология және биохимия. 64 (3): 569–76. дои:10.1271 / bbb.64.569. PMID  10803955.
  12. ^ Хименес Дж.И., Каналес А, Джименес-Барберо Дж, Гинальски К, Рычлевски Л, Гарсия Дж.Л., Диаз Е (тамыз 2008). «Аэробты никотин қышқылының деградациясы үшін генетикалық детерминанттарды анықтау: Pseudomonas putida KT2440-тан алынған ник кластері». Америка Құрама Штаттарының Ұлттық Ғылым Академиясының еңбектері. 105 (32): 11329–34. дои:10.1073 / pnas.0802273105. PMC  2516282. PMID  18678916.
  13. ^ Ружейников С.Н., Тааль М.А., Седельникова С.Е., Бейкер П.Ж., Райс Д.В. (қараша 2005). «Bacillus subtilis глутамат рацемазасындағы субстраттан туындаған конформациялық өзгерістер және олардың есірткіні ашуға әсері». Құрылым. 13 (11): 1707–13. дои:10.1016 / j.str.2005.07.024. PMID  16271894.
  14. ^ Охтаки А, Накано Ю, Иизука Р, Аракава Т, Ямада К, Одака М, Йохда М (наурыз 2008). «Қос субстрат аналогы, лимон қышқылы және реакция механизміне әсер ететін комплексті аспартат рацемазасының құрылымы». Ақуыздар. 70 (4): 1167–74. дои:10.1002 / прот.21528. PMID  17847084.
  15. ^ Лохбек К, Хаферкорн Н, Фюрман В, Федтке Н (2000). Ульманның өндірістік химия энциклопедиясы. Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA. дои:10.1002 / 14356007.a16_053. ISBN  978-3-527-30673-2.
  16. ^ Отсука К (қаңтар 1961). «Малеин қышқылынан фумар қышқылына дейін цис-транс изомераза изомерациясы». Ауылшаруашылық және биологиялық химия. 25 (9): 726–730. дои:10.1271 / bbb1961.25.726.
  17. ^ а б Гото М, Нара Т, Токумару I, Фугоно Н, Учида Ю, Терасава М (ақпан 1997). «Фумар қышқылын алу әдісі». Журналға сілтеме жасау қажет | журнал = (Көмектесіңдер)
  18. ^ Такамура Ю, Такамура Т, Седжима М, Уемура Т (қаңтар 1969). «Малеат Цис-Транс Изомеразаның Малонатпен индукцияланған синтезі туралы зерттеулер: ІІІ бөлім. Малонаттың әсерінен Малеат Цис-Транс Изомеразасын тазарту және қасиеттері». Ауылшаруашылық және биологиялық химия журналы. 33 (5): 718–728. дои:10.1080/00021369.1969.10859369.
  19. ^ Накадзима-Камбе, Тосиаки; Нозуэ, Такехиро; Мукуояма, Масахару; Накахара, Тадаацу (қаңтар 1997). «Pseudomonas alcaligenes XD-1 штамы арқылы малеин қышқылының фумар қышқылына биоконверсиясы». Ашыту және биоинженерия журналы. 84 (2): 165–168. дои:10.1016 / S0922-338X (97) 82549-4.
  20. ^ Ичикава, Сосаку; Иино, Томоко; Сато, Сейго; Накахара, Тадаацу; Мукатака, Сукекуни (қаңтар 2003). «Pseudomonas alcaligenes XD-1 штамын термиялық өңдеу арқылы манеин қышқылынан фумар қышқылының алыну жылдамдығы мен шығуын жақсарту». Биохимиялық инженерия журналы. 13 (1): 7–13. дои:10.1016 / S1369-703X (02) 00080-3.