Glycerol dehydrogenáza - Glycerol dehydrogenase

glycerol dehydrogenáza
1jqa assembly.png
Glycerol dehydrogenáza z B. stearothermophilus s glycerolem (koule) PDB 1jqa
Identifikátory
EC číslo1.1.1.6
Číslo CAS9028-14-2
Databáze
IntEnzIntEnz pohled
BRENDAVstup BRENDA
EXPASYPohled NiceZyme
KEGGVstup KEGG
MetaCycmetabolická cesta
PRIAMprofil
PDB strukturRCSB PDB PDBe PDBsum
Genová ontologieAmiGO / QuickGO

Glycerol dehydrogenáza (ES 1.1.1.6, také známý jako NAD+ vázaná glyceroldehydrogenáza, glycerol: NAD+ 2-oxidoreduktáza, GDH, GlDH, GlyDH) je enzym v oxidoreduktáza rodina, která využívá NAD+ na katalyzovat the oxidace z glycerol za vzniku glyceronu (dihydroxyaceton ).[1][2]

Celková reakce glycerolu na glyceron s NAD + katalyzovaná glyceroldehydrogenázou

Tento enzym je oxidoreduktáza, konkrétně alkoholodehydrogenáza závislá na kovu, která hraje roli v anaerobním glycerolu metabolismus a byl izolován od řady bakterie, počítaje v to Enterobacter aerogenes,[3] Klebsiella aerogenes,[4] Streptococcus faecalis,[5] Erwinia aeroidea,[6] Bacillus megaterium,[7] a Bacillus stearothermophilus. Většina studií glyceroldehydrogenázy však byla provedena v Bacillus stearothermophilus, (B. stearothermophilus) kvůli jeho termostabilita a následující strukturální a funkční informace se proto budou týkat primárně charakterizace enzymu v této bakterii.[8]

Struktura

Glycerol dehydrogenáza je homooctamer složený z osmi identických monomer podjednotky tvořené jediným polypeptidovým řetězcem 370 aminokyseliny (molekulová hmotnost 42 000 Da). Každá podjednotka obsahuje 9 beta listů a 14 alfa šroubovic ve dvou odlišných doménách (N-terminál, zbytky 1-162 a C-terminál, zbytky 163-370). Hluboká štěrbina vytvořená mezi těmito dvěma doménami slouží jako aktivní místo enzymu. Toto aktivní místo se skládá z jednoho vázaného kovového iontu, jednoho NAD+ vazebné místo pro nikotinamidový kruh a Podklad vazebné místo.

Výzkum struktury B. stearothermophilus ukazuje, že aktivní web obsahuje dvojmocný kation -zinek ion, Zn2+. Tento iont zinku tvoří čtyřboký dipól interakce mezi aminokyselinovými zbytky Asp173, His256 a His274 a také molekulou vody.

NAD+ vazebné místo, připomínající Rossmann fold v N-terminální doméně sahá od povrchu enzymu k rozštěpi obsahujícího aktivní místo. Nikotinamidový kruh (aktivní oblast NAD+) váže se v kapse štěrbiny sestávající ze zbytků Asp100, Asp123, Ala124, Ser127, Leu129, Val131, Asp173, His174 a Phe247.

Nakonec vazebné místo pro substrát sestává ze zbytků Asp123, His256, His274 a také z molekuly vody.[9]

Funkce

GlyDH kódovaný genem gldA, enzymem glyceroldehydrogenázou, katalyzuje oxidaci glycerolu na glyceron. Na rozdíl od běžnějších cest využívajících glycerol GlyDH účinně oxiduje glycerol v anaerobních metabolických cestách za podmínek nezávislých na ATP (užitečný mechanismus při rozkladu glycerolu v bakteriích). Kromě toho GlyDH selektivně oxiduje C2 hydroxylovou skupinu za vzniku ketonu, spíše než terminální hydroxylovou skupinu za vzniku aldehydu.[10]

Mechanismus

Zatímco přesný mechanismus tohoto specifického enzymu dosud nebyl charakterizován, kinetické studie podporují tuto GlyDH katalýzu chemická reakce

glycerol + NAD+ glyceron + NADH + H+

je srovnatelný s jinými alkoholodehydrogenázami. Následující mechanismus proto nabízí rozumné vyjádření oxidace glycerolu pomocí NAD+.

Mechanismus glyceroldehydrogenázy

Po NAD+ je vázán na enzym, glycerolový substrát se váže na aktivní místo takovým způsobem, že má dvě koordinované interakce mezi dvěma sousedními hydroxylovými skupinami a sousedním iontem zinku. GlyDH potom katalyzuje deprotonaci C2 hydroxylové skupiny za pomoci báze, za vzniku alkoxidu. Atom zinku dále slouží ke stabilizaci záporného náboje na alkoxidovém meziproduktu předtím, než se nadbytečná elektronová hustota kolem nabitého atomu kyslíku posune a vytvoří dvojnou vazbu s atomem uhlíku C2. Hydrid je následně odstraněn ze sekundárního uhlíku a při přenosu elektronů do NAD působí jako nukleofil+ nikotinamidový kruh. Výsledkem je, že H+ odstraněno bází se uvolní jako proton do okolního roztoku; následovalo uvolnění produktu glyceronu, poté NADH pomocí GlyDH.[11]

Průmyslové důsledky

V důsledku zvyšující se produkce bionafty také vzrostla tvorba vedlejšího produktu, surového glycerolu. Zatímco glycerol se běžně používá v potravinářském, farmaceutickém, kosmetickém a jiném průmyslu, zvýšená produkce surového glycerolu se stala velmi nákladnou na čištění a využití v těchto průmyslových odvětvích. Z tohoto důvodu se vědci zajímají o nalezení nových ekonomických způsobů využití nízko kvalitních glycerolových produktů. Jednou z takových technik je biotechnologie: použití konkrétních enzymů k štěpení surového glycerolu za vzniku produktů, jako je 1,3-propandiol, 1,2-propandiol, kyselina jantarová, dihydroxyaceton (glyceron), vodík, polyglyceroly a polyestery. Jako katalyzátor pro přeměnu glycerolu na glyceron je glyceroldehydrogenáza jedním z takových enzymů, které jsou zkoumány pro tento průmyslový účel.[12]

Úplný seznam struktur vyřešených a uložených v PDB pro tuto třídu enzymů najdete v informačním poli.

Viz také

Reference

Poznámky
  1. ^ Mallinder, Phillip R .; Pritchard, Andrew; Moir, Anne (1992). „Klonování a charakterizace genu z Bacillus stearothermophilus var. Non-diastaticus kódujícího glycerol dehydrogenázu“. Gen. 110 (1): 9–16. doi:10.1016 / 0378-1119 (92) 90438-U. ISSN  0378-1119. PMID  1339360.
  2. ^ Marshall, J. H .; May, J. W .; Sloan, J. (1985). "Čištění a vlastnosti glycerolu: NAD + 2-oxidoreduktáza (glyceroldehydrogenáza) ze Schizosaccharomyces pombe". Mikrobiologie. 131 (7): 1581–1588. doi:10.1099/00221287-131-7-1581. ISSN  1350-0872.
  3. ^ Burton, Robert Main; Kaplan, Nathan O. (1953). „Specifická glyceroldehydrogenáza DPN od Aerobacter Aerogenes1“. Journal of the American Chemical Society. 75 (4): 1005–1006. doi:10.1021 / ja01100a520. ISSN  0002-7863.
  4. ^ Lin ECC; Magasanik B (1960). "Aktivace glyceroldehydrogenázy z Aerobacter aerogenes monovalentními kationty ". J. Biol. Chem. 235: 1820–1823. PMID  14417009.
  5. ^ Jacobs, NJ; VanDemark PJ. (Duben 1960). „Srovnání mechanismu oxidace glycerolu u aerobně a anaerobně pěstovaného Streptococcus Faecalis“. Journal of Bacteriology. 79 (4): 532–538. doi:10.1128 / JB.79.4.532-538.1960. PMC  278726. PMID  14406375.
  6. ^ Sugiura, Mamoru; Oikawa, Tsutomu; Hirano, Kazuyuki; Shimizu, Hiroshi; Hirata, Fumio (1978). "Čištění a některé vlastnosti glyceroldehydrogenázy z Erwinia aroideae". Chemický a farmaceutický bulletin. 26 (3): 716–721. doi:10,1248 / cpb.26.716. ISSN  0009-2363. PMID  647848.
  7. ^ SCHARSCHMIDT, Margrit; PFLEIDERER, Gerhard; METZ, Harald; BRÜMMER, Wolfgang (1983). „Isolierung und Charakterisierung von Glycerin-Dehydrogenase ausBacillus megaterium“. Hoppe-Seyler's Zeitschrift für physiologische Chemie. 364 (2): 911–922. doi:10,1515 / bchm2.1983.364.2.911. ISSN  0018-4888.
  8. ^ Spencer, P .; Bown, K.J .; Scawen, M.D .; Atkinson, T .; Gore, M.G. (1989). "Izolace a charakterizace glyceroldehydrogenázy z Bacillus stearothermophilus". Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - proteinová struktura a molekulární enzymologie. 994 (3): 270–279. doi:10.1016 / 0167-4838 (89) 90304-X. ISSN  0167-4838. PMID  2493267.
  9. ^ Ruzheinikov, Sergey N .; Burke, Jacky; Sedelníková, Sveta; Baker, Patrick J .; Taylor, Robert; Bullough, Per A .; Muir, Nicola M .; Gore, Michael G .; Rice, David W. (2001). "Glyceroldehydrogenáza" (PDF). Struktura. 9 (9): 789–802. doi:10.1016 / S0969-2126 (01) 00645-1. ISSN  0969-2126. PMID  11566129.
  10. ^ Leichus, Betty N .; Blanchard, John S. (1994). „Izotopová analýza reakce katalyzované glyceroldehydrogenázou“. Biochemie. 33 (48): 14642–14649. doi:10.1021 / bi00252a033. ISSN  0006-2960. PMID  7981227.
  11. ^ Hammes-Schiffer, Sharon; Benkovic, Stephen J. (2006). "Vztah mezi pohybem proteinů a katalýzou". Roční přehled biochemie. 75 (1): 519–541. doi:10,1146 / annurev.biochem.75.103004.142800. ISSN  0066-4154. PMID  16756501.
  12. ^ Pachauri, Naresh; On, Brian. (Červenec 2006). „Využití surového glycerolu z výroby bionafty s přidanou hodnotou: průzkum současných výzkumných aktivit“ (PDF). Americká společnost zemědělských a biologických inženýrů.
Bibliografie
  • Asnis RE, Brodie AF (1953). "Glyceroldehydrogenáza z Escherichia coli". J. Biol. Chem. 203 (1): 153–9. PMID  13069498.
  • Burton RM; Kaplan NO (1953). "DPN specifická glyceroldehydrogenáza z Aerobacter aerogenes". J. Am. Chem. Soc. 75 (4): 1005–1007. doi:10.1021 / ja01100a520.
  • Lin ECC; Magasanik B (1960). "Aktivace glyceroldehydrogenázy z Aerobacter aerogenes monovalentními kationty ". J. Biol. Chem. 235: 1820–1823. PMID  14417009.