Kofein dehydrogenáza - Caffeine dehydrogenase

Kofein dehydrogenáza
Obrázek beta podjednotky v kofein dehydrogenáze
Obrázek gama podjednotky v kofein dehydrogenáze
Identifikátory
EC číslo1.17.5.2
Databáze
IntEnzIntEnz pohled
BRENDAVstup BRENDA
EXPASYPohled NiceZyme
KEGGVstup KEGG
MetaCycmetabolická cesta
PRIAMprofil
PDB strukturRCSB PDB PDBe PDBsum

Kofein dehydrogenáza, běžně označovaný ve vědecké literatuře jako kofein oxidáza, (ES 1.17.5.2 ) je enzym s systematické jméno kofein: ubichinon oxidoreduktáza.[1] Enzym je nejznámější pro svou schopnost přímé oxidace kofein, typ methylxanthin na kyselinu trimethylurovou.[2] Kofein dehydrogenázu lze nalézt v bakterii Pseudomonas sp. CBB1 a u několika druhů v rodech Alcaligenes, Rhodococcus, a Klebsiella.

Struktura

Kofein dehydrogenáza nalezená v Pseudomonas sp. CBB1 je heterotrimer se strukturou αβγ a je kódován genem cdhA.[1] Alfa podjednotka je největší ze tří a gamma podjednotka je nejmenší. Molekulové hmotnosti podjednotek alfa, beta a gama jsou 90,0 kD, 40,0 kD a 20,0 kD. Avšak kofein dehydrogenáza byla také nalezena jako monomerní struktura v Alkaligeny sp. kmen CF8 (65 kDa) a a Rhodococcus sp. -Klebsiella sp. konsorcium pro smíšené kultury.[1] Heterotrimer je známý jako podobný xanthin dehydrogenáza nalezen v Veillonella atypica.[1][3]

Reakce

Ve srovnání s N-demthylasy, další třída enzymů degradujících kofein, kofein dehydrogenáza nevyžaduje použití kyslíku, NAD nebo NADP jako akceptory elektronů.[4] Místo toho kofein dehydrogenáza používá dichlorfenol, indofenol, koenzym Q0 a cytochrom C jako akceptory elektronů.[1][4] Bylo také zjištěno, že kofein dehydrogenáza je stabilnější.[4]

Kofein dehydrogenáza je zodpovědná za katalýzu oxidace kofeinu přímo na kyselinu trimethylurovou a enzym využívá koenzym Q0, známý také jako ubichinon, jako akceptor elektronů. To se provádí začleněním atomu kyslíku z molekuly vody do polohy C-8 a celkovou reakci lze vidět v následujícím chemická reakce:

Kofein dehydrogenáza.svg
kofein + ubichinon (Otázka0 ox) + H2Ó Kyselina 1,3,7-trimethylurová + ubichinol (Otázka0 Červené)

Enzym je specifický pro kofein, méně aktivní theobromin a nemá žádnou aktivitu na xanthin.[5] Produkt je stechiometricky vyroben z kofeinu v molárním poměru 1: 1 a nebyl zde žádný vedlejší produkt peroxidu vodíku.[1] Aktivita enzymu je optimální při pH 7,0 v 50 mM pufru fosforečnanu draselného a aktivita se lineárně zvýšila z 298 K na 339 K.[1]

Biologická funkce

Kyselina trimethylurová může vstoupit do purinové katabolické dráhy a dále se rozpadat na další užitečné sloučeniny.[4] Uvádí se, že kyselina trimethylurová se dále štěpí na 3, 6, 8-trimethylallantoin klidovými buňkami v Rhodococcus a Klebsiella smíšená kultura.[6]

Průmyslový význam

Kofein (1,3,7-trimethylxanthin), substrát ve výše uvedené reakci, je purinový alkaloid nacházející se v různých rostlinných druzích, jako je káva, kakao, cola a čajové lístky.[7] Kofein byl také používán jako srdeční, neurologický a respirační stimulant. Kvůli své prevalenci v moderním světě ve formě nápojů, potravin a léků se kofein stal jedním z hlavních světových zemědělsko-průmyslových odpadů.[2] Kofein se tak stal výraznějším v povrchových, podzemních a odpadních vodách po celém světě.[8] Kromě toho, že je návykovou látkou, bylo také prokázáno, že vede k nepříznivým účinkům na zdraví, jako jsou nepravidelné spánkové vzorce, zvýšení krevního tlaku, bušení srdce a úzkost.[9]

Dekofeinace tradičně se doporučuje snížit obsah kofeinu v potravinách a nápojích, ale provádět kofein fyzikálně-chemickým ošetřením je nákladné a může produkovat další odpad, který může vyžadovat další zpracování.[2] Mikrobiální bioproces se tak začal zdát atraktivnější, přičemž se uvažovalo o bakteriích schopných metabolizovat kofein. Konkrétně byly bakterie obsahující kofein dehydrogenázu považovány za užitečné při léčbě kofeinu v zemědělsko-průmyslovém odpadu kávovaru a slupek,[10] které pak mohou být použity ke krmení hospodářských zvířat. Navíc kofein dehydrogenáza nalezená v Alkaligeny druh CF8 může být užitečný při zpracování odpadu a vývoji biosenzoru.[2]

Kofein dehydrogenáza, pokud je v přítomnosti a tetrazolium barvivo, bylo prokázáno, že je vhodné pro detekci kofeinu v kávě, sodě a mléce kvůli jeho vysoké specificitě pro kofein.[9] Proto se používá k odhadu hladiny kofeinu ve farmaceutických přípravcích.[9] Bylo však poznamenáno, že kofein dehydrogenáza by nebyla užitečná při získávání methylxanthinových meziproduktů, které mají farmaceutickou hodnotu, protože reakce je pouze jediným krokem.[4]

Reference

  1. ^ A b C d E F G Yu CL, Kale Y, Gopishetty S, Louie TM, Subramanian M (leden 2008). „Nová kofeindehydrogenáza v kmeni Pseudomonas sp. CBB1 oxiduje kofein na kyselinu trimethylurovou“. Journal of Bacteriology. 190 (2): 772–6. doi:10.1128 / jb.01390-07. PMC  2223706. PMID  17981969.
  2. ^ A b C d Mohapatra BR, Harris N, Nordin R, Mazumder A (září 2006). "Čištění a charakterizace nové kofein oxidázy z Alcaligenes druhů". Journal of Biotechnology. 125 (3): 319–27. doi:10.1016 / j.jbiotec.2006.03.018. PMID  16647778.
  3. ^ Gremer L, Meyer O (červen 1996). „Charakterizace xanthindehydrogenázy z anaerobní bakterie Veillonella atypica a identifikace molybdenového kofaktoru obsahujícího molybdopterin-cytosin-dinukleotid“. European Journal of Biochemistry. 238 (3): 862–6. doi:10.1111 / j.1432-1033.1996.0862w.x. PMID  8706691.
  4. ^ A b C d E Dash SS, Gummadi SN (prosinec 2006). „Katabolické cesty a biotechnologické aplikace mikrobiální degradace kofeinu“. Biotechnologické dopisy. 28 (24): 1993–2002. doi:10.1007 / s10529-006-9196-2. PMID  17009088. S2CID  24096323.
  5. ^ Mohanty SK, Yu CL, Das S, Louie TM, Gakhar L, Subramanian M (srpen 2012). „Vymezení oxidační dráhy kofeinu C-8 v kmeni Pseudomonas sp. CBB1 charakterizací nové monooxygenázy kyseliny trimethylurové a genů zapojených do metabolismu kyseliny trimethylurové“. Journal of Bacteriology. 194 (15): 3872–82. doi:10.1128 / JB.00597-12. PMC  3416557. PMID  22609920.
  6. ^ Madyastha KM, Sridhar GR (srpen 1998). „Nová cesta pro metabolismus kofeinu konsorciem smíšené kultury“. Sdělení o biochemickém a biofyzikálním výzkumu. 249 (1): 178–81. doi:10.1006 / bbrc.1998.9102. PMID  9705852.
  7. ^ Steffen, D. G. (2000-01-15). „Chemické a zdravotní výhody kofeinovaných nápojů: Přehled sympozia“. V Parliment, Thomas H .; Ho, Chi-Tang; Schieberle, Peter (eds.). Kofeinované nápoje. Série sympozia ACS. 754. Americká chemická společnost. s. 2–8. doi:10.1021 / bk-2000-0754.ch001. ISBN  9780841236547.
  8. ^ Buerge II, Poiger T, Müller MD, Buser HR (únor 2003). „Kofein, antropogenní ukazatel pro znečištění odpadních vod z povrchových vod“. Věda o životním prostředí a technologie. 37 (4): 691–700. Bibcode:2003EnST ... 37..691B. doi:10.1021 / es020125z. PMID  12636266.
  9. ^ A b C Mohanty SK, Yu CL, Gopishetty S, Subramanian M (srpen 2014). „Ověření kofein dehydrogenázy z kmene Pseudomonas sp. CBB1 jako vhodného enzymu pro rychlou detekci kofeinu a potenciální diagnostický test“. Journal of Agricultural and Food Chemistry. 62 (31): 7939–46. doi:10.1021 / jf501598c. PMID  25019418.
  10. ^ Mazzafera P (prosinec 2002). „Odbourávání kofeinu mikroorganismy a potenciální využití bezkofeinové kávové slupky a buničiny při krmení zvířat“. Scientia Agricola. 59 (4): 815–821. doi:10,1590 / s0103-90162002000400030.

externí odkazy