Neopullulanáza - Neopullulanase

Neopullulanáza
Vykreslování pásky neopululáza. Png
Pohled na Thermoactinomyces vulgaris neopululáza vykazující dimerní strukturu.[1]
Identifikátory
EC číslo3.2.1.135
Číslo CAS119632-58-5
Databáze
IntEnzIntEnz pohled
BRENDAVstup BRENDA
EXPASYPohled NiceZyme
KEGGVstup KEGG
MetaCycmetabolická cesta
PRIAMprofil
PDB strukturRCSB PDB PDBe PDBsum

Neopullulanáza (ES 3.2.1.135, pullulanáza II) je enzym z alfa-amyláza rodina s systematické jméno pullulan 4-D-glukanohydroláza (tvořící panózu).[2] Tento enzym v zásadě katalýzy následující chemická reakce štěpením pullulanových alfa-1,4-glukosidových vazeb:

Hydrolýza pullulan na panosu (6-alfa-D-glukosylmaltosa)

Rozklad alfa-1,4- a alfa-1,6-glukosidických vazeb meziproduktů produkovaných kromě panosy generuje další množství panosy spolu s některými sladový cukr a glukóza.[2]

Struktura

Neopullulanáza je a dimer stejných monomerní podjednotky, každá se čtyřmi doménami (N, A, B, C), které jsou vysoce konzervované jinými škrobovými hydrolázami, konkrétně alfa-amylázou, pullulanáza, cyklomaltodextrin glukanotransferáza a 1,4-alfa-D-glukanový rozvětvovací enzym (také známý jako enzym rozvětvující glykogen ).[3] Stejně jako tyto enzymy obsahuje každý monomer Aktivní stránky na karboxylovém konci v a Hlaveň TIM (také známý jako alfa / beta hlaveň), složená struktura proteinu alfa / beta skládající se z osmi paralelních beta řetězců spojených osmi externími alfa šroubovicemi.[1]

Odhaduje se, že tato konzervovaná strukturní doména se vyskytuje přibližně u 10% všech proteinů a může evolučně spojovat neopullulanázu a podobné škrobové hydrolázy s mnohem větší rodinou enzymů, ačkoli o společném původu této domény se diskutuje kvůli nedostatku přesvědčivých sekvenční homologie.[4]V neopullulanáze je hlaveň umístěna v doméně A s aktivním místem obkročujícím doménu A jednoho monomeru s doménou N druhého monomeru. To má za následek užší aktivní místo než u jiných alfa-amylázových enzymů, které se nedimerují, a pravděpodobně to přispívá k jeho schopnosti hydrolyzovat jak alfa-1,4-, tak alfa-1,6-glukosidové vazby.[5]

Mechanismus

Hydrolýza pullulanu na panosu je katalyzována třemi aminokyselina zbytky v aktivním místě neopullulanázy, které štěpí glykosidovou vazbu: jedna glutamát a dva aspartáty.[6] Glykosidový kyslík je nejprve protonován karboxylová skupina glutamátového zbytku (TAA Glu-230) katalýzou generické kyseliny. Uhlík C1 pullulanu je poté napaden nukleofilním aspartátovým zbytkem (TAA Asp-206). The karboxylát skupina druhého aspartátového zbytku (TAA Asp-297) deprotonuje sousední molekulu vody za vzniku a hydroxidový ion který hydroxyláty na uhlíku C1. Alternativně je možné, že tato reakce je koordinována s protonováním odcházejícího glykosidického kyslíku, který způsobí hydroxylace.

Mechanismus neopullulanázy katalyzující hydrolýzu meziproduktu rozkladu pullulanu na panózu a maltózu.[6]

Tři zbytky odpovědné za katalýzu neopullulanázy jsou vždy přítomny v enzymech rodiny alfa-amylázy.[6] Mutace těchto zbytků v neopullulanáze vede k úplné ztrátě enzymatické aktivity.

Zatímco většina enzymů alfa-amylázy štěpí ve svých substrátech pouze alfa-1,4-vazby, neopullulanáza dále štěpí alfa-1,6-vazby.[6] Kromě úzkosti aktivního místa vyplývajícího z dimerní struktury enzymu se předpokládá, že tuto další funkčnost usnadňují dva histidin zbytky (TAA His-122 a TAA His-296), které interagují s glykan vazba, která má být štěpena. Jelikož jsou tyto histidiny přítomny v ostatních alfa-amylázových enzymech, předpokládá se, že funkční rozdíl vyplývá z rozdílu v příspěvcích ke stabilizaci energie v přechodovém stavu z postranních řetězců sousedních zbytků, které se liší od enzymu k enzymu.

To umožňuje vícestupňový rozklad pullulanu neopullulanázou. Enzym nejprve selektivně hydrolyzuje alfa-1,4-glukosidové vazby na neredukující straně alfa-1,6-glukosidových vazeb pullulanu za vzniku panosy a meziproduktů obsahujících panosu. Tyto meziprodukty pak mají své alfa-1,4- a alfa-1,6-glukosidické vazby hydrolyzovány za vzniku další panózy spolu s menším množstvím maltózy a glukózy.

Biologická funkce

Pullulan, který se vyrábí ze škrobu, je a polysacharid polymer skládající se z opakování maltotrióza Jednotky. Poskytuje ochranný účinek proti buňkám vysušení v prostředí s nízkou vlhkostí.[7]

Přítomnost neopullulanázy umožňuje buňkám recyklovat nepotřebný nebo přebytečný pullulan tím, že jej rozloží na panózu, maltózu a glukózu, které pak mohou být vytvořeny zpět do škrobu nebo spotřebovány k výrobě energie.

Průmyslová relevance

I když se v současné době nepoužívá v žádných průmyslových procesech, je to způsob výroby isomaltooligosacharid sirup pomocí Bacillus stearothermophilus byla navržena neopululáza s využitím schopnosti neopululázy katalyzovat hydrolysii rozvětvených oligosacharidů alfa-1-6-glukosidových vazeb.[8] I když se isomaltooligosacharidový sirup primárně používá jako zdroj vlákniny, používá se také jako nízkokalorické sladidlo, které může snížit tvorbu zubního plaku, pokud je přítomen místo sacharózy.[9]

Tento proces je jednodušší než v současnosti převládající průmyslový proces, který se opírá o několik kroků obsahujících čtyři enzymy (alfa-amyláza, pullulanáza, beta-amyláza, a alfa-D-glukosidáza ) a dosahuje pouze 40% výtěžku isomaltooligosacharidů ze škrobu. Když je imobilizovaná neopullulanáza ponořena do pufrovaného škrobového roztoku a inkubována, vznikne roztok isomaltooligosacharidů s mírně nad 40% výtěžkem. Pro další zvýšení výtěžku na přibližně 60%, o kterém se předpokládá, že je tak nízký, protože neopullulanáza hydrolyzuje škrob méně účinně než pullunan a jiné oligosacharidy, přičemž sacharidující alfa-amyláza pochází z Bacillus subtilis může být přidán do roztoku.[8]

Viz také

Reference

  1. ^ A b Ohtaki, A; Mizuno, M; Tonozuka, T; Sakano, Y; Kamitori, S (2004). „Složité struktury Thermoactinomyces vulgaris R-47 alfa-amylázy 2 s akarbózou a cyklodextriny ukazují mechanismus vícenásobného rozpoznávání substrátu“. J Biol Chem. 279 (30): 31033–40. doi:10,1074 / jbc.M404311200. PMID  15138257.
  2. ^ A b Imanaka T, Kuriki T (leden 1989). „Schéma působení Bacillus stearothermophilus neopullulanase na pullulan“. Journal of Bacteriology. 171 (1): 369–74. doi:10.1128 / jb.171.1.369-374.1989. PMC  209598. PMID  2914851.
  3. ^ Takata, H; Kuriki, T; Okada, S; Takesada, Y; Iizuka, M; Minamiura, N; Imanaka, T (1992). „Působení neopullulanázy. Neopullulanáza katalyzuje hydrolýzu i transglykosylaci na alfa- (1-4) - a alfa- (1-6) -glukosidových vazbách“. J Biol Chem. 267 (26): 18447–52. PMID  1388153.
  4. ^ Madan Babu, M. „TIM Barrel Analysis“. MRC Laboratoř molekulární biologie. Anna University. Citováno 5. března 2018.
  5. ^ Hondoh H, Kuriki T, Matsuura Y (7. února 2003). "Trojrozměrná struktura a vazba substrátu Bacillus stearothermophilus neopullulanázy". Molekulární biologie rostlin. Journal of Molecular Biology, svazek 326, číslo 1, str. 177-188. 25: 141–157. doi:10.1007 / BF00023233.
  6. ^ A b C d Svensson, Bert (květen 1994). „Proteinové inženýrství v rodině α-amylázy: katalytický mechanismus, substrátová specificita a stabilita“. Molekulární biologie rostlin. 25 (2): 141–157. doi:10.1007 / BF00023233.
  7. ^ Rehm B.H.A (2009). Mikrobiální produkce biopolymerů a prekurzorů polymerů. Caister Academic Press. str. 230.
  8. ^ A b Kuriki, T; Yanase, M; Takata, H; Takesada, Y; Imanaka, T; Okada, S (1993). „Nový způsob výroby isomalto-oligosacharidového sirupu pomocí transglykosylační reakce neopullulanázy“. Appl Environ Microbiol. 59 (4): 953–9. PMC  202222. PMID  16348919.
  9. ^ Minami, T; Miki, T; Fujiwara, T; Kawabata, Shigetada; Izumitani, A; Ooshima, T; Sobue, S; Hamada, Sherif (1989). "[Kazotvorná aktivita isomaltooligosugaru (IMOS) v experimentech in vitro a na potkanech]. Shōni shikagaku zasshi". The Japanese Journal of Pedodontics. 27: 1010–7.

externí odkazy