Halohydrin dehalogenáza - Halohydrin dehalogenase

A halohydrin dehalogenáza je enzym podílí se na bakteriální degradace vicinální halohydriny. U několika druhů bakterií katalyzuje dehalogenaci halohydrinů za vzniku odpovídajících epoxidů.[1] Různé izoformy enzymu spadají do jedné ze tří skupin, A, B nebo C.[2] Halogenázy stejné třídy jsou si geneticky podobné, ale velmi se liší od halogenáz z jiné skupiny.[2][3] V současné době je nejvíce studovanou izoformou HheC, který je purifikován z bakteriálních druhů Agrobacterium radiobacter.[4] Schopnost dehalogenovat organické sloučeniny i vytvářet enantiomerní selektivní epoxidy vyvolaly zájem o potenciál tohoto enzymu v biochemické oblasti.[5]

Struktura

V současné době existují tři známé třídy halohydrin dehalogenáz, pouze dvě byly popsány rentgenovými krystalografickými studiemi.[6][7] Obě tyto třídy však mají podobnou strukturu, kterou lze popsat následovně (1):[3] halohydrin dehalogenáza je strukturována jako tetramer se symetrickou charakteristikou dimeru dimerů.[8] Každá monomerní podjednotka se skládá ze sedmi alfa šroubovic a devíti beta listů.[3] Tyto monomery interagují prostřednictvím dvou nejdelších alfa helixů za vzniku alfa-helikálního svazku za vzniku dimeru. Konečná kvartérní struktura se vytvoří, když dva dimery interagují prostřednictvím jiné sady alfa šroubovic a antiparalelních beta listů; interakce mezi beta vrstvami jsou považovány za kombinaci hydrofobní i elektrostatické přitažlivosti.[8]

Na jednu podjednotku monomeru je přibližně jedno katalytické místo, což poskytuje celkem čtyři možná katalytická místa na enzymatickém tetrameru. Aktivní místo se skládá z katalytické triády Ser132-Tyr145-Arg149.[3] Serinové a tyrosinové zbytky fungují tak, že stabilizují substrát a jeho meziprodukt, zatímco arginin mění pKa Tyr145, aby byl katalyticky aktivní.[8]

Mechanismus

Halohydrin dehalogenázy mechanicky štěpí vazbu uhlík-halogen tvorbou epoxidu z vicinální hydroxylové skupiny.[8][3] Substrát se váže na aktivní místo prostřednictvím vodíkové vazby, která je koordinována Ser132 a deprotonovanou formou Tyr145. Selhání deprotonace Tyr145 zbytkem Arg149 má za následek destabilizaci interakce mezi enzymem a substrátem, což vede ke snížení biologické aktivity. Kyslík v Tyr145 deprotonuje hydroxylovou skupinu substrátu. Deprotonovaný kyslík pak působí jako nukleofil a provádí reakci Sn2 na vicinálním uhlíku, který je vázán na halogen; tím se uvolní halogenový ion a současně se vytvoří epoxid. Dehalogenázy jsou také schopné katalyzovat otevření kruhu epoxidu. Aktivní místo je dostatečně velké, aby pojalo nukleofil, který může provést nukleofilní útok na epoxid, otevření epoxidového kruhu a přidání nové funkční skupiny k substrátu.[8]

Celkový mechanický účinek halohydrin dehalogenáz

Pokud jde o geometrii produktu, mají dehalogenázy třídy A i B nízkou selektivní preferenci (S) -epoxidového izomeru.[9][10] Avšak preference tvorby (R) -oxidového izomeru katalyzovaného enzymy třídy C, zejména HHeC, je vysoká. Jedna studie uvádí, že HHeC katalyzuje (R) -oxid až do 99% enantiomerního přebytku.[8] Technologie pro čištění tohoto enzymu a jeho využití v průmyslovém měřítku však musí zůstat optimalizovaná.[11]

Reference

  1. ^ Fauzi AM, Hardman DJ, Bull AT (1996). „Biodehalogenace nízkých koncentrací 1,3-dichlorpropanolu mono- a smíšenými kulturami bakterií“. Appl Microbiol Biotechnol. 46: 660–666. doi:10,1007 / s002530050877.
  2. ^ A b van Hylckama Vlieg JE, Tang LX, Lutje Spelberg JH, Smilda T, Poelarends GJ, Bosma T, van van Merode AE, Fraaije MW, Janssen DB (2001). „Halohydrin dehalogenázy jsou strukturálně a mechanicky příbuzné dehydrogenázám / reduktázám s krátkým řetězcem“. J Bacteriol. 183: 5058–5066. doi:10.1128 / jb.183.17.5058-5066.2001.
  3. ^ A b C d E You ZY, Liu ZQ, Zheng YG (2013). "Vlastnosti a biotechnologické aplikace halohydrin dehalogenáz: současný stav a budoucí perspektivy". Appl Microbiol Biotechnol. 97: 9–21. doi:10.1007 / s00253-012-4523-0.
  4. ^ http://www.rug.nl/research/biotransformation-biocatalysis/research/biodegr
  5. ^ Choi WJ, Choi CY (2005). „Výroba chirálních epoxidů: enantioselektivní hydrolýza katalyzovaná epoxidovou hydrolázou“. Biotechnol bioproces. 10: 167–179. doi:10.1007 / bf02932009.
  6. ^ de Jong RM, Rozeboom HJ, Kalk KH, Tang LX, Janssen DB, Dijkstra BW (2002). „Krystalizace a předběžná rentgenová analýza enantioselektivní halohydrin dehalogenázy z Agrobacterium radiobacter AD1“. Acta Crystallogr D. 58: 176–178. doi:10.1107 / s0907444901019618.
  7. ^ de Jong RM, Kalk KH, Tang L, Janssen DB, Dijkstra BW (2006). „Rentgenová struktura haloalkoholové dehalogenázy HheA z kmene Arthrobacter sp. AD2: vhled do enantioselektivity a halogenidové vazby v rodině haloalkohol dehalogenázy“. J Bacteriol. 188: 4051–4056. doi:10.1128 / jb.01866-05.
  8. ^ A b C d E F de Jong RM, Tiesinga JJ, Rozeboom HJ, Kalk KH, Tang L, Janssen DB, Dijkstra BW (2003). „Struktura a mechanismus bakteriální haloalkohol dehalogenázy: nová variace záhybu dehydrogenázy / reduktázy s krátkým řetězcem bez vazebného místa NAD (P) H“. EMBO J.. 22: 4933–4944. doi:10.1093 / emboj / cdg479. PMC  204463.
  9. ^ Tang LX, Zhu XC, Zheng HY, Jiang RX, Elenkov MM (2012). „Klíčové zbytky pro řízení enantioselektivity halohydrin dehalogenázy z kmene ADrob bakterie Arthrobacter sp. Odhalené řízenou evolucí řízenou strukturou“. Appl Environ Microbiol. 78: 4051–4056. doi:10.1128 / AEM.06586-11. PMC  3318787. PMID  22327597.
  10. ^ Elenkov MM, Hauer B, Janssen DB (2006). „Enantioselektivní otevření kruhu epoxidů s kyanidem katalyzovaným halohydrin dehalogenázami: nový přístup k neracemickým β-hydroxynitrilům“. Pokročilá syntéza a katalýza. 348: 579–585. doi:10.1002 / adsc.200505333.
  11. ^ Assis HM, Sallis PJ, Bull AT, Hardman DJ (1998). "Biochemická charakterizace haloalkoholové dehalogenázy z Arthrobacter erithii H10a. Enzym". Enzyme Microb Technol. 22: 568–574. doi:10.1016 / s0141-0229 (97) 00254-8.

externí odkazy