WikiDer > Мандельонитриллиаза

Mandelonitrile lyase
манделонитриллиаза
Идентификаторы
Номер ЕС4.1.2.10
Количество CAS9024-43-5
Базы данных
IntEnzПросмотр IntEnz
БРЕНДАBRENDA запись
ExPASyПросмотр NiceZyme
КЕГГЗапись в KEGG
MetaCycметаболический путь
ПРИАМпрофиль
PDB структурыRCSB PDB PDBe PDBsum
Генная онтологияAmiGO / QuickGO
Рисунок 1: Модель лиазы минделонитрила на основе записи PDB 1JU2

В энзимология, а манделонитриллиаза (EC 4.1.2.10, (R) -HNL, (R) -оксинитрилаза, (R) -гидроксинитриллиаза) является фермент который катализирует то химическая реакция

манделонитрил цианистый водород + бензальдегид

Следовательно, у этого фермента есть один субстрат, манделонитрил, и два товары, цианистый водород и бензальдегид.

Этот фермент принадлежит к семейству лиасыособенно альдегид-лиазы, которые расщепляют углерод-углеродные связи. В систематическое название этого класса ферментов манделонитрилбензальдегидлиаза (образующая цианистый водород). Другие широко используемые имена включают гидроксинитриллиаза, (R) -оксинитрилаза, оксинитрилаза, D-оксинитрилаза, D-альфа-гидроксинитриллиаза, и манделонитрилбензальдегид-лиаза. Этот фермент участвует в метаболизм цианоаминокислоты. Имеет 2 кофакторы: флавин, и флавопротеин.

Историческая перспектива

Манделонитриллиазы, более часто называемые HNL (гидроксинитриллиазы), были впервые охарактеризованы Велером в 1938 году на основании их высокой активности в миндале.[1] С тех пор HNL были выделены из самых разных растений, включая косточковые,[2] зерна сорго,[3] многоножки[4] и маракуйя.[5]

Особенность HNL заключается в том, что в одном организме и даже в одной и той же выборке существует множество различных изоформы этого фермента. Эти изоформы невозможно отличить друг от друга на основании факторов, влияющих на активность.[6] Это разнообразие также является результатом макрогетерогенности, поскольку некоторые изоформы связывают FAD на своем N-конце, в то время как другие не могут связывать FAD. Понятно, что это так, потому что N-концевая складка является областью, которая, как известно, связывает FAD в качестве необходимого кофактор. Также любопытно, что FAD не играет наблюдаемой роли в активном сайте. окислительно-восстановительные реакции этого фермента.[1] Те HNL, которые связывают FAD, делают это в гидрофобный область, соседняя с активным сайтом, где, как полагают, связывание FAD придает структурную стабильность, которая делает возможным ферментативное действие. Эти HNL, называемые HNL класса I (или HNL I), также имеют N-конец. гликозилирование и явная гетерогенность и присутствие изоформ в одном организме. HNL класса II (HNL II), с другой стороны, предоставляет более широкий выбор субстратов и в целом благоприятствует (S) стереохимия, тогда как HNL I стерео-выборочно производят (R) -манделонитрил.[1]

Структура и действие

Благодаря простому очищение этого фермента (для достижения гомогенности достаточно 5-30-кратной очистки), его биологические и биохимические анализы были очень тщательно изучены.[1] Помимо изучения многих изоформы в данном организме было проведено исследование, посвященное пониманию HNL локализация, физическая структура фермента и его активного центра, а также механизмы, с помощью которых он может опосредовать этот важный набор реакций. После очистки Черная вишня HNL, исследование Ву и Поултона [7] поднятый антисыворотка к этим конкретным HNL, которые затем применялись (с коллоидное золото частицы на буксире) в Black Cherry семядоли и эндосперм. Здесь было обнаружено, что HNL в подавляющем большинстве локализуется на клеточных стенках этих развивающихся растений.[7] В этих регионах он был настолько обогащен, что отмечалось более 5% клеточная стенка изображения, сделанные через Электронная микроскопия изображены частицы золота, которые косвенно маркировка эти белки.[7]

Зная, где этот белок сильно локализован, на рисунке 1 подробно описана работа, которая подчеркивает структуру этого белка и остатки в его активном центре соответственно. Особый интерес представляют HNL, в которых используется каталитически активный Cys остаток.[5] Пока Цистеин остатки сохраняются у всех видов в трех разных местах (в N-концевой Сайт привязки FAD, и два на C-терминал активный центр), оказывается, что каталитически активный остаток находится рядом с активным центром, что указывает на важную роль в каталитическом действии HNL. Другие структурные особенности, указывающие на HNL, разделяются по классам. В то время как HNL класса II, как известно, более неоднородны и чаще встречаются у зерна, HNL класса I чаще связаны с FAD и функционируют как запасные белки семян. Это действие позволяет увеличить метаболизм аминокислот в развитии семян. Поскольку фермент способен быстро обратить эту реакцию вспять, чтобы создать цианистый водород, HNL играют важную роль в защите семян[6][1]

По состоянию на конец 2007 г. только один структура было решено для этого класса ферментов, с PDB код присоединения 1JU2.

Механизм действия

Рисунок 2: Общий путь синтеза манделонитрила в органической химии.[8]


Рисунок 3: Обобщенная схема ферментативного цикла и действия HNL. Группа R обозначает бензольное кольцо.[1][9][10][11][12]

Известно, что HNL стереоспецифический, что дает действию этого фермента большое преимущество в эффективном создании предшественники необходим для метаболического развития аминокислоты и широкий спектр клинически значимых малых молекул. Однако было установлено, что большое разнообразие организмов и изоформ, составляющих семейство HNL, дает множество различных механизмы которые способствуют этой реакции в стереоспецифический путь. На рисунках 2 и 3 показаны типичные синтетический и выяснил биохимические механизмы образования этого ключевого промежуточного продукта метаболизма. Ключевые различия между этими путями в основном связаны с отсутствием энантиомерная специфичность передается через синтетические пути, несмотря на использование аналогичных классов реакции. Кроме того, большинство синтетических методов для облегчения этого набора реакций имеют место в органический растворитель, в то время как было показано, что активность HNL наиболее высока при полярно-неполярный интерфейс.[1][13]

Актуальность болезни

HNL и действия, которые они опосредуют, являются ключевой целью для изучения белковая инженерия, поскольку образование нитрила миндаля является ключевым этапом в широком спектре органических синтезов с медицинским и терапевтическим потенциалом. Этап, опосредованный этими ферментами, необходим для синтеза стереоспецифический образование облигаций в (R) -сальбутамоле бронходилататоры,[14] (S) -амфетамины,[14] (1R, 2S) - (-) -эфедрин бронходилататоры,[15] в дополнение ко многим другим, в том числе Липитор,[16] Талидомид,[17] и полусинтез цефалоспорин антибиотики.[18] Важность этих синтонов минделонитрила делает класс ферментов HNL основной мишенью для контролируемых катализ который был оптимизирован благодаря работе на границе полярных и неполярных условий растворителя.[1][13]

Рекомендации

  1. ^ а б c d е ж грамм час Шарма, Моника; Шарма, Нитья Нанд; Бхалла, Тек Чанд (август 2005 г.). «Гидроксинитриллиазы: на стыке биологии и химии». Ферментные и микробные технологии. 37 (3): 279–294. Дои:10.1016 / j.enzmictec.2005.04.013.
  2. ^ Йемм Р.С., Поултон Дж. Э. (1986). «Выделение и характеристика множества форм манделонитриллиазы из зрелых семян черной вишни (Prunus serotina Ehrh.)». Arch. Biochem. Биофизы. 247 (2): 440–5. Дои:10.1016/0003-9861(86)90604-1. PMID 3717954.
  3. ^ Bovti, C., AND CONN, E. E. (1961) J. Bid Cfiem 236, 207-210.
  4. ^ Дадашипур М., Исида Ю., Ямамото К., Асано И. (2015). «Открытие и молекулярные и биокаталитические свойства гидроксинитриллиазы из инвазивной многоножки Chamberlinius hualienensis». Труды Национальной академии наук. 112 (34): 10605–10610. Bibcode:2015ПНАС..11210605Д. Дои:10.1073 / pnas.1508311112. ЧВК 4553793. PMID 26261304.
  5. ^ а б Нуйлерт А, Асано И (2018). «Кристаллическая структура и каталитический механизм гидроксинитриллиазы из маракуйи, Passiflora edulis». FEBS J. 285 (2): 313–324. Дои:10.1111 / фев.14339. PMID 29155493.
  6. ^ а б Ху З, Поултон Дж. Э. (1999). «Молекулярный анализ микрогетерогенности (R) - (+) - манделонитриллиазы в черной вишне». Физиология растений. 119 (4): 1535–46. Дои:10.1104 / стр.119.4.1535. ЧВК 32039. PMID 10198113.
  7. ^ а б c Ву Х, Поултон Дж. Э. (1991). «Иммуноцитохимическая локализация манделонитриллиазы в зрелых семенах черной вишни (Prunus serotina Ehrh.)». Физиология растений. 96 (4): 1329–1337. Дои:10.1104 / стр.96.4.1329. PMID 16668338.
  8. ^ Corson, B.B .; Dodge, R.A .; Harris, S.A .; Йеу, Дж. С. (1941). «Миндальная кислота». Органический синтез .; Сборник, 1, стр. 336
  9. ^ Грубер К. (2001). «Выяснение способа связывания субстрата с гидроксинитриллиазой из Hevea brasiliensis". Белки. 44 (1): 26–31. Дои:10.1002 / prot.1068. PMID 11354003. S2CID 19757228.
  10. ^ Древены I, Кратки С., Грубер К. (2002). «Активный центр гидроксинитриллаазы из Prunus amydalus, исследования моделирования дают новое понимание механизма цианогенеза ". Белковая наука. 11: 293–300.
  11. ^ Lauble H, Miehlich B, Forster S, Wajant H, Effenberger F (2002). «Кристаллическая структура гидроксинитриллиазы из Сорго двухцветное в сочетании с ингибитором бензойной кислоты, новым цианогенным ферментом ». Биохимия. 41: 12043–12050. Дои:10.1021 / bi020300o. PMID 12356304.
  12. ^ Lauble H, Miehlich B, Forster S, Wajant H, Effenberger (2001). «Механистические аспекты цианогенеза от мутанта по активному центру Ser80Ala гидроксинитриллиазы для Manihot escuelenta в комплексе с циангидрином ацетона ». Белковая наука. 10 (5): 1015–1022. Дои:10.1110 / л.с. 01301. ЧВК 2374195. PMID 11316882.
  13. ^ а б Wehtje E, Adlercreutz P, Mattiasson B (1990). «Образование связей C-C лиазой нитрила миндалина в органических растворителях». Биотехнологии и биоинженерия. 36 (1): 39–46. Дои:10.1002 / бит. 260360106. PMID 18592607. S2CID 22377329.
  14. ^ а б Эффенбергер Ф, Ягер Дж (1997). «Синтез адрегенергических бронходилататоров (R) -тербуталина и (R) -сальбутамола из (R) -циангидринов». J. Org. Chem. 62 (12): 3867–3873. Дои:10.1021 / jo970032d.
  15. ^ Джексон WR., Джейкоб HA., Мэтью BR., Jayatilake GS., Watson KG. Стереоселективный синтез эфедрина и родственных ему 2-аминоспиртов высокой оптической чистоты из защищенных циангидринов. Tetrahedron Lett. 1990; 31: 1447-1450
  16. ^ Морин А.Р. Шумиха о биокатализе подчеркивает интерес к методам, основанным на биотехнологиях, для улучшения химических процессов. Chem Eng News 2002; 80:86
  17. ^ Циглер Т., Хорш Б., Эффенбергер Ф., Удобный путь получения (R) -α-гидроксикарбоновых кислот и (2R) -1-амин-2-алканолов из (R) -циангидринов. Synthesis 1990: 575-578.
  18. ^ Менендес Э., Бриева Р., Реболледо Ф., Готор В. Оптически активный (S) кетон и (R) циангидрины через катализируемую (R) -оксинитрилазой трансформацию хемоферментный синтез 2-цианотетрагидрофурана и 2-цианотетрагидропирана. J Chem Soc, Chem Commun. 1995: 989–990
  • БЕККЕР У., БЕНТИН У, ЭШЕНХОФ Э., ПФЕЙЛ Э (1963). «[О знаниях о синтезе циангидрина. II. Очистка и свойства гидроксинитрилазы из горького миндаля (Prunus communis Stokes)]». Biochem. Z. 337: 156–66. PMID 13970146.
  • Беккер В; Пфейл Э (1964). "Die Darstellung kristallisierter Oxynitrilase aus bitteren Mandeln (Prunus comm. Stks)". Naturwissenschaften. 51 (8): 193. Bibcode:1964NW ..... 51..193B. Дои:10.1007 / BF00600723. S2CID 37760196.
  • Гросс М., Джейкобс Г. Х., Поултон Дж. Э. (1982). «Быстрый и чувствительный спектрофотометрический анализ активности пруназингидролазы с использованием очищенной манделонитриллиазы». Анальный. Биохим. 119 (1): 25–30. Дои:10.1016/0003-2697(82)90660-1. PMID 6803611.
  • Сюй Л.Л., Сингх Б.К., Conn EE (1986). «Очистка и характеристика манделонитриллиазы из Prunus lyonii». Arch. Biochem. Биофизы. 250 (2): 322–8. Дои:10.1016/0003-9861(86)90733-2. PMID 3777939.
  • Йемм Р.С., Поултон Дж. Э. (1986). «Выделение и характеристика множества форм манделонитриллиазы из зрелых семян черной вишни (Prunus serotina Ehrh.)». Arch. Biochem. Биофизы. 247 (2): 440–5. Дои:10.1016/0003-9861(86)90604-1. PMID 3717954.

внешняя ссылка