Cytochrom P450 aromatická O-demethyláza - Cytochrome P450 aromatic O-demethylase

Aromatická O-demetyláza, podjednotka cytochromu P450
PDB 5NCB.png
Krystalová struktura gcoA (kreslený diagram) v komplexu s heme (zelené koule) a guajakol (purpurová) na základě PDB: 5NCB​.[1]
Identifikátory
OrganismusAmycolatopsis sp.
SymbolgcoA
PDB5NCB
UniProtP0DPQ7
Další údaje
EC číslo1.14.14.-
Aromatická podjednotka O-demethyláza, reduktáza
PDB 5OGX.png
Krystalová struktura gcoB (kreslený diagram) v komplexu s FAD (purpurové koule) a an klastr železo-síra (oranžová / žlutá) na základě PDB: 5OGX​.[1]
Identifikátory
OrganismusAmycolatopsis sp.
SymbolgcoB
PDB5OGX
UniProtP0DPQ8
Další údaje
EC číslo1.6.2.-

Cytochrom P450 aromatická O-demethyláza je bakteriální enzym který katalyzuje demetylaci lignin a různé lignoly. Čistá reakce sleduje následující stechiometrii, ilustrovanou obecným methoxy arenem:[1]

ArOCH3 + O.2 + 2 E− + 2 H+ → ArOH + CH2O + H2Ó

Enzym je pozoruhodný svou promiskuitou, ovlivňuje O-demetylaci řady substrátů, včetně ligninu.

Je to heterodimerní protein odvozený z produktů dvou genů. Složkové proteiny jsou a cytochrom P450 enzym (kódovaný genem gcoA z rodiny CYP255A) a třídoména reduktáza (kódované genem gcoB) v komplexu se třemi kofaktory (2Fe-2S, FAD, a NADH ).[1]

Navrhovaná struktura ligninu zdůrazňující všudypřítomnost O-methylových skupin.

Mechanismus

GcoA a GcoB tvoří v roztoku dimerní komplex. GcoA zpracovává substrát, zatímco GcoB poskytuje elektrony na podporu oxidázy se smíšenou funkcí. Stejně jako u jiných P450 probíhá monooxygenace substrátu současně se snížením o polovinu ekvivalentu O2 zalít. An mechanismus odskoku kyslíku lze předpokládat. GcoA umístí aromatický kruh do dutiny hydrofobního aktivního místa, kde se nachází hem.[2][3]

Interakce GcoA a GcoB

Struktura

GcoA má typickou strukturu P450: thiolátem ligovaný lem vedle zakopaného aktivního místa. GcoB je však neobvyklý. Cytochrom P450 je normálně doplňován buď reduktázou cytochromu P450[4] nebo ferredoxin a ferredoxin reduktáza; jeho elektrony jsou neseny NAD + nebo NADP +. GcoB má však jediný polypeptid. Tento polypeptid má N-koncový ferredoxin jak s NAD (P) +, tak také s FAD vazebná oblast.

GcoB: FAD vzhledem k FES

CcoA a GcoB jsou úzce propojeny a působí jako heterodimer v roztoku. Povrch GcoB má kyselou náplast, která musí interagovat s odpovídající základní oblastí v GcoA. Předpokládá se, že část GcoB interagující s GcoA je na křižovatce mezi doménou vázající FAD a doménou ferredoxinu. K dosažení tohoto cíle by GcoB musel projít nějakou strukturální změnou, která by představovala novou třídu systémů P450 (rodina N).[5][6][7]

Potenciální aplikace

Aromatická O-demetyláza cytochromu P450 pomáhá při částečné O-demetylaci ligninu. Výsledné 1,2-dioly jsou vhodné pro oxidační degradaci prostřednictvím intra- a extra-diol dioxygenáz. O-demetylované ligniny jsou tedy potenciálně náchylné k částečné depolymeraci.[8] S menším počtem příčných vazeb je modifikovaný ligand potenciálně užitečnější než předchůdce.,[9] od paliv[10][11]

Reference

  1. ^ A b C d Mallinson SJ, Machovina MM, Silveira RL, Garcia-Borràs M, Gallup N, Johnson CW a kol. (Červen 2018). „Promiskuitní aromatická O-demetyláza cytochromu P450 pro biokonverzi ligninu“. Příroda komunikace. 9 (1): 2487. Bibcode:2018NatCo ... 9,4887 mil. doi:10.1038 / s41467-018-04878-2. PMC  6021390. PMID  29950589.
  2. ^ Vaillancourt FH, Bolin JT, Eltis LD (2006). "Vstupy a výstupy dioxygenáz štěpících kruh". Kritické recenze v biochemii a molekulární biologii. 41 (4): 241–67. doi:10.1080/10409230600817422. PMID  16849108. S2CID  24145324.
  3. ^ Huang WC, Ellis J, Moody PC, Raven EL, Roberts GC (září 2013). „Pohyby redoxně vázané domény v katalytickém cyklu cytochromu p450 reduktázy“. Struktura. 21 (9): 1581–9. doi:10.1016 / j.str.2013.06.022. PMC  3763376. PMID  23911089.
  4. ^ Wang M, Roberts DL, Paschke R, Shea TM, Masters BS, Kim JJ (srpen 1997). „Trojrozměrná struktura reduktázy NADPH-cytochromu P450: prototyp enzymů obsahujících FMN a FAD“. Sborník Národní akademie věd Spojených států amerických. 94 (16): 8411–6. Bibcode:1997PNAS ... 94,8411W. doi:10.1073 / pnas.94.16.8411. PMC  22938. PMID  9237990.
  5. ^ Sevrioukova IF, Li H, Zhang H, Peterson JA, Poulos TL (březen 1999). „Struktura komplexu elektron-transferového partnera cytochromu P450-redox“. Sborník Národní akademie věd Spojených států amerických. 96 (5): 1863–8. Bibcode:1999PNAS ... 96.1863S. doi:10.1073 / pnas.96.5.1863. PMC  26702. PMID  10051560.
  6. ^ Tripathi S, Li H, Poulos TL (červen 2013). "Strukturální základ pro řízení efektorů a rozpoznávání redoxních partnerů v cytochromu P450". Věda. 340 (6137): 1227–30. Bibcode:2013Sci ... 340.1227T. doi:10.1126 / science.1235797. PMID  23744947. S2CID  23421892.
  7. ^ Hasemann CA, Kurumbail RG, Boddupalli SS, Peterson JA, Deisenhofer J (leden 1995). „Struktura a funkce cytochromů P450: srovnávací analýza tří krystalových struktur“. Struktura. 3 (1): 41–62. doi:10.1016 / s0969-2126 (01) 00134-4. PMID  7743131.
  8. ^ Bugg TD, Rahmanpour R (prosinec 2015). "Enzymatická přeměna ligninu na obnovitelné chemikálie". Aktuální názor na chemickou biologii. 29: 10–7. doi:10.1016 / j.cbpa.2015.06.009. PMID  26121945.
  9. ^ Beckham GT, Johnson CW, Karp EM, Salvachúa D, Vardon DR (prosinec 2016). „Příležitosti a výzvy v biologické valorizaci ligninu“. Aktuální názor na biotechnologie. 42: 40–53. doi:10.1016 / j.copbio.2016.02.030. PMID  26974563.
  10. ^ Vardon DR, Franden MA, Johnson CW, Karp EM, Guarnieri MT, Linger JG a kol. (2015). "Výroba kyseliny adipové z ligninu". Energetika a věda o životním prostředí. 8 (2): 617–628. doi:10.1039 / c4ee03230f. ISSN  1754-5692.
  11. ^ Lin L, Cheng Y, Pu Y, Sun S, Li X, Jin M a kol. (2016). "Systémově biologicky řízený biodesign konsolidované konverze ligninu". Zelená chemie. 18 (20): 5536–5547. doi:10.1039 / c6gc01131d. ISSN  1463-9262. OSTI  1326560.