Fluorináza - Fluorinase

Fluorináza (adenosyl-fluorid syntáza)
Krystalová struktura fluorinázy.png
Identifikátory
EC číslo2.5.1.63
Databáze
IntEnzIntEnz pohled
BRENDAVstup BRENDA
EXPASYPohled NiceZyme
KEGGVstup KEGG
MetaCycmetabolická cesta
PRIAMprofil
PDB strukturRCSB PDB PDBe PDBsum

The fluorináza enzym (ES 2.5.1.63, také známý jako adenosyl-fluorid syntáza) katalyzuje reakce mezi fluorid iont a kofaktor S-adenosyl-L-methionin vygenerovat L-methionin a 5'-fluor-5'-deoxyadenosin, první spáchaný produkt dráhy biosyntézy fluorometabolitu.[1] Fluorináza byla původně izolována z půdní bakterie Streptomyces cattleya, ale od té doby byly homology identifikovány u řady dalších bakteriálních druhů, včetně Streptomyces sp. MA37, Nocardia brasiliensis a Actinoplanes sp. N902-109.[2] Toto je jediný známý enzym schopný katalyzovat tvorbu uhlík-fluorové vazby, nejsilnější jednoduché vazby v organické chemii.[3]

Fluorináza katalyzuje reakci mezi fluorid iont a kofaktor S-adenosyl-L-methioinin (SAM) za vzniku 5'-fluor-5'-deoxyadenosinu (FDA) a L-methionin (L-Met).[1]

Homologní chlorináza byl izolován enzym, který katalyzuje stejnou reakci spíše s chloridovým než fluoridovým iontem Salinospora tropicaz biosyntetické dráhy salinosporamid A.[4]

Reaktivita

Fluorináza katalyzuje an SN2 - nukleofilní substituce typu v poloze C-5 'SAM, zatímco L-methionin působí jako neutrální odstupující skupina.[5][6] Odhaduje se, že reakce katalyzovaná fluorinázou je mezi 106[6] do 1015[7] krát rychlejší než nekatalyzovaná reakce, významné zvýšení rychlosti. Navzdory tomu je fluorináza stále považována za pomalý enzym s a číslo obratu (kkočka) 0,06 min−1.[8] Vysoká kinetická bariéra reakce je přičítána silné solvataci fluoridového iontu ve vodě, což má za následek vysokou aktivační energii spojenou s odstraněním solvatujících molekul vody z vodného fluoridového iontu a přeměnou fluoridu na silný nukleofil v aktivním místě.

Reakce katalyzovaná fluorinázou je reverzibilní a po inkubaci 5'-fluor-5'-deoxyadenosinu a L-methioninu s fluorinázou se vytvoří SAM a fluoridový ion.[9] Výměna L-methioninu za L-selenomethionin má za následek šestinásobné zvýšení rychlosti reverzní reakce,[9] kvůli zvýšenému nukleofilita centra selenu ve srovnání s centrem síry.

Fluorináza vykazuje stupeň tolerance substrátu pro halogenidový iont a může také místo chloridového iontu použít chloridový ion. Zatímco rovnováha reakce mezi SAM a fluoridovým iontem směřuje k produktům FDA a L-methioninu, rovnovážná poloha je v případě chloridového iontu obrácena. Inkubace SAM a chloridových iontů s fluorinázou nevede k tvorbě 5'-chlor-5'-deoxyadenosinu (ClDA), pokud není použit další enzym, L-aminokyselinová oxidáza, je přidáno. Aminokyselinová oxidáza odstraňuje L-methionin z reakce a převádí jej na odpovídající oxokyselinu.

Fluorináza může také katalyzovat reakci mezi chlorid iont a kofaktor S-adenosyl-L-methioinin (SAM) za vzniku 5'-chlor-5'-deoxyadenosinu (ClDA) a L-methionin (L-Met). Reakce probíhá pouze tehdy, když je L-methionin z reakce odstraněn oxidázou L-aminokyselin, což vede k rovnováze reakce směrem k ClDA.

Preference halogenidů spojená s polohou dvou reakčních rovnováh umožňuje, aby byla enzymem katalyzována síťová transhalogenační reakce.[9] Inkubace 5'-chlor-nukleosidů s enzymem spolu s katalytickým L-selenomethioninem nebo L-methioninem vede k produkci 5-fluor-nukleosidů. Když [18F] fluorid se používá, toto transhalogenační reakce lze použít pro syntézu radiotracerů pro pozitronová emisní tomografie.[10][11]

Inkubace ClDA s fluorinázou v přítomnosti L-methioninu a fluoridových iontů vede k tvorbě FDA prostřednictvím SAM meziproduktu.

Strukturální studie

Ke konci roku 2007, 9 struktur byly pro tuto třídu enzymů vyřešeny pomocí PDB přístupové kódy 1RQP, 1RQR, 2C2W, 2C4T, 2C4U, 2C5B, 2C5H, 2CBX, a 2CC2.

Názvy dané enzymu nepocházejí ze struktury, ale z funkce: 5-Fluor-5-deoxyadenosin je molekula syntetizovaná. Struktura je homologní s duf-62 řada enzymů. Enzym je dimer trimerů (2 molekuly, každá se třemi podjednotkami). Aktivní místa jsou umístěna mezi těmito podjednotkami (rozhraní podjednotek), každé se může vázat na jednu molekulu SAM najednou.[12]

Biosyntéza fluorometabolitu

Viz také

Reference

  1. ^ A b O'Hagan D, Schaffrath C, Cobb SL, Hamilton JT, Murphy CD (březen 2002). "Biochemistry: biosyntéza molekuly organofluorinu". Příroda. 416 (6878): 279. doi:10.1038 / 416279a. PMID  11907567.
  2. ^ Deng H, Ma L, Bandaranayaka N, Qin Z, Mann G, Kyeremeh K, Yu Y, Shepherd T, Naismith JH, O'Hagan D (únor 2014). "Identifikace fluorináz ze Streptomyces sp MA37, Norcardia brasiliensis a Actinoplanes sp N902-109 těžbou genomu". ChemBioChem. 15 (3): 364–8. doi:10.1002 / cbic.201300732. PMID  24449539.
  3. ^ O'Hagan D (únor 2008). „Porozumění organofluorové chemii. Úvod do vazby CF“. Recenze chemické společnosti. 37 (2): 308–19. doi:10.1039 / b711844a. PMID  18197347.
  4. ^ Eustáquio AS, Pojer F, Noel JP, Moore BS (leden 2008). „Objev a charakterizace mořské bakteriální SAM-závislé chlorinázy“. Přírodní chemická biologie. 4 (1): 69–74. doi:10.1038 / nchembio.2007.56. PMC  2762381. PMID  18059261.
  5. ^ Cadicamo CD, Courtieu J, Deng H, Meddour A, O'Hagan D (květen 2004). „Enzymatická fluorace u Streptomyces cattleya probíhá s inverzí konfigurace odpovídající mechanismu reakce SN2“. ChemBioChem. 5 (5): 685–90. doi:10.1002 / cbic.200300839. PMID  15122641.
  6. ^ A b Senn HM, O'Hagan D, Thiel W (říjen 2005). "Pohled na tvorbu enzymatické vazby CF z výpočtů QM a QM / MM". Journal of the American Chemical Society. 127 (39): 13643–55. doi:10.1021 / ja053875s. PMID  16190730.
  7. ^ Lohman DC, Edwards DR, Wolfenden R (říjen 2013). „Katalýza desolvatací: katalytická zdatnost halogenovaných alkylačních enzymů závislých na SAM“. Journal of the American Chemical Society. 135 (39): 14473–5. doi:10.1021 / ja406381b. PMID  24041082.
  8. ^ Zhu X, Robinson DA, McEwan AR, O'Hagan D, Naismith JH (listopad 2007). "Mechanismus enzymatické fluorace u Streptomyces cattleya". Journal of the American Chemical Society. 129 (47): 14597–604. doi:10.1021 / ja0731569. PMC  3326528. PMID  17985882.
  9. ^ A b C Deng H, Cobb SL, McEwan AR, McGlinchey RP, Naismith JH, O'Hagan D, Robinson DA, Spencer JB (leden 2006). „Fluorináza ze Streptomyces cattleya je také chlorináza“. Angewandte Chemie. 45 (5): 759–62. doi:10.1002 / anie.200503582. PMC  3314195. PMID  16370017.
  10. ^ Deng H, Cobb SL, Gee AD, Lockhart A, Martarello L, McGlinchey RP, O'Hagan D, Onega M (únor 2006). „Tvorba vazby C- (18) F zprostředkovaná fluorinázou, enzymatický nástroj pro značení PET“. Chemická komunikace. 0 (6): 652–4. doi:10.1039 / b516861a. PMID  16446840.
  11. ^ Thompson S, Onega M, Ashworth S, Fleming IN, Passchier J, O'Hagan D (září 2015). „Dvoustupňové značení (18) F fluorinázovým peptidem RGD pro pozitronovou emisní tomografii“. Chemická komunikace. 51 (70): 13542–5. doi:10.1039 / c5cc05013h. PMID  26221637.
  12. ^ Dong C, Huang F, Deng H, Schaffrath C, Spencer JB, O'Hagan D, Naismith JH (únor 2004). "Krystalová struktura a mechanismus bakteriálního fluoračního enzymu". Příroda. 427 (6974): 561–5. doi:10.1038 / nature02280. PMID  14765200.