Geosmin syntáza - Geosmin synthase

Geosmin syntáza
Geosminsynthase2.png
Předpovídané streptomyces jsou mycelium tvořící Actinobacteria, které žije v půdě a propůjčují půdě po dešti „zemský zápach“, který je způsoben přítomností drahokamů. - Tento bod byl dán strukturou s.lokeshwar 007 Geosmin Synthae z I-TASSER předpověď[1][2][3]
Identifikátory
EC číslo4.1.99.16
Databáze
IntEnzIntEnz pohled
BRENDAVstup BRENDA
EXPASYPohled NiceZyme
KEGGVstup KEGG
MetaCycmetabolická cesta
PRIAMprofil
PDB strukturRCSB PDB PDBe PDBsum
Germacradienol syntáza
Identifikátory
OrganismusStreptomyces avermitilis
SymbolgeoA
Entrez1210359
RefSeq (mRNA)BA000030.3
RefSeq (Prot)BAC69874.1
UniProtQ82L49
Další údaje
EC číslo4.1.99.16
Chromozómgenom: 2,64 - 2,64 Mb
Rodina terpenové syntázy, doména vázající kov
Identifikátory
SymbolTerpene_synth_C
PfamPF03936
InterProIPR005630
SCOP25eau / Rozsah / SUPFAM

Geosmin syntáza nebo germacradienol-geosmin syntáza označuje třídu bifunkčních enzymy které katalyzují konverzi farnesyl difosfát (FPP) do geosmin, a nestálý organická sloučenina známá svým zemitým zápachem.[4][5] The N-terminál polovina proteinu katalyzuje přeměnu farnesyl difosfátu na germacradienol a germacrene D, následovaný C-terminál zprostředkovaná konverze germacradienolu na geosmin.[5] Předpokládalo se, že přeměna FPP na geosmin zahrnuje více enzymů v a biosyntetický cesta.[6]

Distribuce druhů

Geosmin se vyskytuje v široké škále mikrobů, jako je sinice a aktinobakterie.[7][8] Geosmin byl také nalezen v myxobakterie, houby, členovci a rostliny, jako je řepa.[9] Na základě studií provedených na geosmin syntáze (kódované SCO6073) v Streptomyces coelicor a vysoká podobnost sekvence mezi touto a jinými známými nebo domnělými geosmin syntázami (45-78% identita), předpokládá se, že všechny geosmin syntázy fungují stejným způsobem.[5][10] Screening dostupných bakteriálních genomových dat vedl k predikci nejméně 55 domnělých geosmin syntáz v této doméně prokaryotických organismů.[9]

Funkce a mechanismus

Predikce C-terminální domény geosmin syntázy pomocí I-TASSER[1][2][3]
Predikce N-terminální domény geosmin syntázy pomocí I-TASSER[1][2][3]

Dvě odlišné aktivní stránky

Geosmin syntáza je přibližně 726 aminokyseliny na délku a má dvě výrazná aktivní místa na N-koncové a C-koncové polovině (v S. coelicor N-koncová doména se skládá z aminokyselin 1-319, zatímco C-koncová doména existuje z 374-726), přičemž obě se podobají seskviterpenové syntáze pentalenensyntáza.[5][11] Obě N- a C-koncové poloviny syntázy obsahují aspartát - bohaté domény (DDHFLE a DDYYP) a motiv aminokyselin NSE (NDLFSYQRE a NDVFSYQKE), které vážou trinukleární hořčík.[5][12] Hořčík je nezbytný kofaktor, bez nichž syntáza vykazuje naprostý nedostatek katalytické aktivity.[5]

V experimentech, kde byl FPP inkubován s rekombinantní geosmin syntázou, vedlo zvýšení koncentrace syntázy nebo prodloužení doby inkubace k absolutnímu a relativnímu zvýšení geosminu ve srovnání s intermediárním germacradienolem; to ukazuje, že geosmin syntáza nepůsobí výlučně na řadu meziproduktů vázaných na enzymy. Místo toho je germacradienol uvolňován z N-terminální domény a poté znovu navázán na C-terminální doménu pro finální konverzi na geosmin.[5]

Cílené mutageneze N-koncových vazebných míst pro hořčík vedlo k enzymu neschopnému převést FPP na germacradienol a germacrene D.[5] Cílená mutageneze C-koncových míst vázajících hořčík vedla k enzymu neschopnému katalyzovat druhou polovinu reakce z germacradienolu na geosmin, ale stále schopného převést FPP na germacradienol a germacren D.[5] Zkrácené mutanty pouze N-koncové nebo C-koncové poloviny geosmin syntázy jsou také schopné katalyzovat své příslušné reakce, což poskytuje další důkazy o tom, že N- a C-koncové poloviny geosmin syntázy jsou v podstatě dva odlišné a nezávislé enzymy.[5]

N opakování terminálu

N-koncová polovina geosmin syntázy obsahuje druhý motiv vázající hořčík NSE, přibližně 38 zbytků po směru od prvního.[5] Cílená mutageneze tohoto opakovaného motivu NSE významně nemění katalytickou aktivitu syntázy, což naznačuje, že neslouží žádné funkční roli.[5] Tento opakovaný následný motiv je dobře zachován v jiných známých nebo domnělých geosmin syntázách, což naznačuje, že buď má roli, která dosud nebyla objevena, nebo může být pozůstatkem evolučního vývoje.[5]

Navrhovaný mechanismus

Prvním krokem v mechanismu je to, aby FPP uhlík-uhlík dvojná vazba nejdále od difosfátové skupiny zaútočil na uhlík sousedící s difosfátem a vytvořil cyklický karbokace se ztrátou difosfátové skupiny.[5][13] Posun 1,3 hydridu posune karbokationt blíže k nejbližší dvojné vazbě uhlík-uhlík; ztráta protonu tvoří novou dvojnou vazbu uhlík-uhlík a umožňuje dvojné vazbě uhlík-uhlík sousedící s karbokationtem uhasit tuto nabitou skupinu a vytvořit vedlejší produkt germacren D.[5][13] Alternativně může karbokace vytvořená v prvním kroku okamžitě ztratit proton a vytvořit meziprodukt isolepidozen, který je následně napaden vodou za vzniku germacradienolu.[5][13] Další zpracování germacradienolu zahrnuje protonem zahájenou cyklizaci a novou fragmentaci typu retro-Prins produkující meziprodukt oktalin a vedlejší produkt aceton. Nakonec protonace, posun hydridu 1,2 a kalení vodou převádějí oktalin na geosmin.[5][10][14]

Průmyslový význam

Geosmin má u lidí velmi nízkou prahovou hodnotu detekce, která se pohybuje kolem 10–100 dílů na bilion.[15] Geosmin produkovaný různými mikroby může kontaminovat zásoby vody, snižovat důvěru spotřebitelů a snižovat výkonnost vody.[7][16] Jedním z opatření přijatých k ošetření dodávek vody kontaminované geosminem je přidání síranu měďnatého, což je kontroverzní kvůli možným účinkům na životní prostředí.[17]

Studie, které se pokoušejí spojit expresi geosmin syntázy s různými podmínkami prostředí (např. Světlo a teplota), ukázaly, že produkce syntázy koreluje s růstem buněk, ale není významně ovlivněna denní cykly.[16][18] Produkce geosminů také souvisí s dostupností substrátu, což dokazuje odstranění drah soutěžících o předchůdce FPP, což vedlo ke zvýšení produkce geosminů.[18] Rostoucí množství znalostí o geosmin syntáze a jejích konzervovaných a funkčně důležitých složkách vedlo k vývoji a DNA PCR obrazovka, která může umožnit lepší detekci mikroorganismů obsahujících geosmin syntázu, což potenciálně umožňuje lepší kontrolu produkce geosminu a kontaminace v zásobách vody.[17]

Reference

  1. ^ A b C Zhang Y (leden 2008). „I-TASSER server pro predikci 3D struktury proteinů“. BMC bioinformatika. 9 (40): 40. doi:10.1186/1471-2105-9-40. PMC  2245901. PMID  18215316.
  2. ^ A b C Roy A, Kucukural A, Zhang Y (duben 2010). „I-TASSER: jednotná platforma pro automatickou predikci struktury a funkce proteinů“. Přírodní protokoly. 5 (4): 725–38. doi:10.1038 / nprot.2010.5. PMC  2849174. PMID  20360767.
  3. ^ A b C Systém molekulární grafiky PyMOL, verze 1.5.0.4 Schrödinger, LLC.
  4. ^ Q9X839 (CYC2_STRCO) Recenzováno, UniProtKB / Swiss-Prot, UniProt, 28. listopadu 2012, vyvoláno 17. února 2013
  5. ^ A b C d E F G h i j k l m n Ó str q Jiang J, He X, Cane DE (listopad 2007). „Biosyntéza zemitého odorantu geosminu bifunkčním enzymem Streptomyces coelicolor“. Přírodní chemická biologie. 3 (11): 711–5. doi:10.1038 / nchembio.2007.29. PMC  3013058. PMID  17873868.
  6. ^ Daum M, Herrmann S, Wilkinson B, Bechthold A (duben 2009). "Geny a enzymy účastnící se biosyntézy bakteriálních izoprenoidů". Aktuální názor na chemickou biologii. 13 (2): 180–8. doi:10.1016 / j.cbpa.2009.02.029. PMID  19318289.
  7. ^ A b Agger SA, Lopez-Gallego F, Hoye TR, Schmidt-Dannert C (září 2008). „Identifikace seskviterpenových syntáz z Nostoc punctiforme PCC 73102 a Nostoc sp. Kmen PCC 7120“. Journal of Bacteriology. 190 (18): 6084–96. doi:10.1128 / jb.00759-08. PMC  2546793. PMID  18658271.
  8. ^ Gerber NN, Lechevalier HA (listopad 1965). „Geosmin, látka páchnoucí po zemi izolovaná z aktinomycetů“. Aplikovaná mikrobiologie. 13 (6): 935–8. PMC  1058374. PMID  5866039.
  9. ^ A b Citron CA, Gleitzmann J, Laurenzano G, Pukall R, Dickschat JS (leden 2012). „Terpenoidy jsou rozšířené v aktinomycetách: korelace sekundárního metabolismu a genomových údajů“. ChemBioChem. 13 (2): 202–14. doi:10.1002 / cbic.201100641. PMID  22213220.
  10. ^ A b Jiang J, Cane DE (leden 2008). "Biosyntéza geosminu. Mechanismus fragmentace a přesmyku při přeměně germacradienolu na geosmin". Journal of the American Chemical Society. 130 (2): 428–9. doi:10.1021 / ja077792i. PMC  2533842. PMID  18095692.
  11. ^ Cane DE, Watt RM (únor 2003). „Exprese a mechanická analýza germacradienol syntázy ze Streptomyces coelicolor zapojené do biosyntézy geosminu“. Sborník Národní akademie věd Spojených států amerických. 100 (4): 1547–51. doi:10.1073 / pnas.0337625100. PMC  149869. PMID  12556563.
  12. ^ Degenhardt J, Köllner TG, Gershenzon J (říjen 2009). „Monoterpenové a seskviterpenové syntázy a původ terpenové skeletální rozmanitosti rostlin“. Fytochemie. 70 (15–16): 1621–37. doi:10.1016 / j.phytochem.2009.07.030. PMID  19793600.
  13. ^ A b C He X, Cane DE (březen 2004). „Mechanism and stereochemistry of the germacradienol / germacrene D synthase of Streptomyces coelicolor A3 (2)“. Journal of the American Chemical Society. 126 (9): 2678–9. doi:10.1021 / ja039929k. PMID  14995166.
  14. ^ Jiang J, He X, Cane DE (červen 2006). "Biosyntéza geosminu. Streptomyces coelicolor germacradienol / germacrene D syntáza přeměňuje farnesyl difosfát na geosmin". Journal of the American Chemical Society. 128 (25): 8128–9. doi:10.1021 / ja062669x. PMID  16787064.
  15. ^ Cane DE, He X, Kobayashi S, Omura S, Ikeda H (srpen 2006). „Biosyntéza geosminu u Streptomyces avermitilis. Molekulární klonování, exprese a mechanistické studium germacradienol / geosmin syntázy“. The Journal of Antibiotics. 59 (8): 471–9. doi:10.1038 / ja.2006.66. PMID  17080683.
  16. ^ A b Giglio S, Saint CP, Monis PT (prosinec 2011). "Exprese genu geosmin syntázy v Cyanobacterium Anabaena Circinalis AWQC318 (1)". Journal of Phycology. 47 (6): 1338–43. doi:10.1111 / j.1529-8817.2011.01061.x. PMID  27020357.
  17. ^ A b Giglio S, Jiang J, Saint CP, Cane DE, Monis PT (listopad 2008). „Izolace a charakterizace genu spojeného s produkcí geosminu v sinicích“. Věda o životním prostředí a technologie. 42 (21): 8027–32. doi:10.1021 / es801465w. PMC  2746953. PMID  19031897.
  18. ^ A b Singh B, Oh TJ, Sohng JK (říjen 2009). „Průzkum geosmin syntázy ze Streptomyces peucetius ATCC 27952 odstraněním klastru biosyntetického genu doxorubicinu“. Journal of Industrial Microbiology & Biotechnology. 36 (10): 1257–65. doi:10.1007 / s10295-009-0605-0. PMID  19557446.

externí odkazy