Nitriláza - Nitrilase
nitriláza 1 | |||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|
![]() | |||||||
Identifikátory | |||||||
Symbol | NIT1 | ||||||
Gen NCBI | 4817 | ||||||
HGNC | 7828 | ||||||
OMIM | 604618 | ||||||
PDB | 3IVZ | ||||||
RefSeq | NM_005600 | ||||||
UniProt | Q86X76 | ||||||
Další údaje | |||||||
Místo | Chr. 1 pter-qter | ||||||
|
Nitriláza enzymy (nitril aminohydroláza; ES 3.5.5.1 ) katalyzovat the hydrolýza z nitrily na karboxylové kyseliny a amoniak, bez tvorby "volných" amidových meziproduktů.[1] Nitrilasy se podílejí na biosyntéze přírodních produktů a posttranslačních úpravách u rostlin, zvířat, hub a některých prokaryot. Nitrilasy mohou být také použity jako katalyzátory v preparativní organické chemii. K rozštěpení byly použity mimo jiné nitrilasy racemické směsi. Nitriláza by neměla být zaměňována s nitril-hydratáza (nitrilhydrolyáza; ES 4.2.1.84 ), který hydrolyzuje nitrily na amidy. Nitrilhydratázy jsou téměř vždy koexprimovány s amidázou, která převádí amid na karboxylovou kyselinu. V důsledku toho může být někdy obtížné odlišit aktivitu nitrilázy od aktivity nitrilhydratázy plus amidázy.
Mechanismus
Nitriláza byla poprvé objevena na počátku 60. let pro svou schopnost katalyzovat hydrataci a nitril do a karboxylová kyselina.[2] V té době se vědělo, že nitriláza může fungovat s širokým Podklad specificita při produkci odpovídající kyseliny, pozdější studie uváděly první NHázu (nitril-hydratáza ) aktivita vykazovaná nitrilázou.[3][4] To znamená, amide sloučeniny by také mohly být tvořeny nitrilem hydrolýza. Další výzkum odhalil několik podmínek, které podporují tvorbu amidů, které jsou uvedeny níže.[4]
- Předčasné uvolnění substrátu vázaného na enzymy po první hydrolýze vody následované opožděným přidáním druhé vody
- Nízká teplota a zvýšené pH. U biokonverzí nitrilázou pro většinu bakterií a hub je optimální rozmezí pH mezi 7,0–8,0 a optimální teplotní rozmezí mezi 30–50 ° C.
- Skupiny odebírající elektrony v poloze ⍺
Níže je uveden seznam kroků zapojených do transformace obecné nitrilové sloučeniny s nitrilázou:[4]
- The elektrofilní uhlík nitrilu podléhá nukleofilní útok jedné ze dvou skupin SH na nitrilázu.
- Vytvořený thioimidát se následně hydrolyzuje na acylenzym a amoniak je vytvořen jako vedlejší produkt.
- Acylenzym může projít jednou ze dvou cest v závislosti na podmínkách zvýrazněných výše:
- Další hydrolyzací acylenzymu vodou se získá karboxylová kyselina a regenerovaný enzym.
- Acylenzym se hydrolyzuje amoniakem, vytěsňuje enzym a tvoří amidový produkt.
Struktura

Většina nitriláz je tvořena jedinou látkou polypeptid v rozmezí od 32 do 45 kDa,[7] a jeho struktura je ⍺-β-β-⍺ násobná.[4] Výhodnou formou enzymu je velké vlákno skládající se z 6-26 podjednotky.[7] Nitriláza využívá lys -cys -lep katalytická triáda což je nezbytné pro jeho Aktivní stránky funkce a zvýšení jeho výkonu.[4][7]
Struktura termoaktivní nitrilázy z P. abyssi sestává ze 2-násobného symetrického dimeru, ve kterém každá podjednotka obsahuje 262 zbytků.[8][9] Podobně jako u jiných nitriláz v rodině nitriláz má každá podjednotka sendvičový záhyb ⍺-β-β-;; když se obě podjednotky spojí a interagují, vytvoří protein strukturu „super-sendvič“ (⍺-β-β-⍺-⍺-β-β-⍺).[6] Aby bylo možné dimerizovat, C-svorky z každé podjednotky vyčnívají z jádra a vzájemně na sebe působí, což do značné míry umožňuje solné mosty vytvořené mezi arginin a glutamát zbytky.[6]
Ačkoli přesný vazebný mechanismus k nitrilovému substrátu stále zůstává neznámý, na základě porovnání mezi sekvencí a strukturou s jinými nitrilasami bylo stanoveno, že katalytická triáda sestává z Glu 42, Lys 113 a Cys 146.[6][4][7] Pomocí programů modelování proteinů bylo pozorováno, že Glu 42 je katalyzátorem základna při aktivaci nukleofilu (Cys 146) na základě relativně krátké vzdálenosti mezi O v Glu a S v Cys. Podobně se odvodilo, že Lys 113 je katalytický kyselina zodpovědný za přenos protonů do substrátu.[8][10]
Biologická funkce
Nitrilasy mají zásadní roli v interakcích rostlin a mikrobů pro obranu, detoxikace, využití dusíku a syntéza rostlinných hormonů.[11] U rostlin existují dvě rozlišitelné skupiny, pokud jde o specificitu substrátu: ty s vysokou hydrolytickou aktivitou vůči arylacetonitrilům a ty s vysokou aktivitou vůči β-kyano-L-alanin. NIT1, 2 a 3 z A. thaliana druhy jsou příklady první skupiny rostlinných nitrilas (arylacetonitrilasy ), které hydrolyzují nitrily produkované během syntézy nebo odbourávání kyanogenních látek glykosidy a glukosinoláty. Arylcetonitrilové substráty pro tyto konkrétní enzymy se skládají z fenylpropionitrilu a dalších produktů, které jsou výsledkem metabolismu glukosinolátů.[11][12] NIT4 však patří do druhé skupiny rostlinných nitriláz a je pro ni kritický kyanid detoxikace v rostlinách.[3][11][13]
Mikroby by navíc mohly potenciálně využít nitrilázu k detoxikaci a asimilaci nitrilů a kyanidů, které existují v rostlinném prostředí.[11] Příkladem toho je β-kyano-L-alanin nitriláza rostlinnou bakterií P. fluorescens SBW25.[14] Ačkoli není známo, zda tato rostlinná bakterie naráží na toxické hladiny β-kyano-ʟ-alaninu v přirozeném prostředí, byla aktivita nitrilázy pozorována u kyanogenních rostlin; Zdá se tedy, že nitriláza slouží jako převládající mechanismus pro detoxikaci kyanidu místo β-kyano-ʟ-alaninu.[11][14] Mezi další bakteriální aplikace nitriláz produkovaných rostlinnými mikroorganismy patří degradace rostlinných nitrilů na zdroj uhlíku a dusíku. P. fluorescens EBC191 hydrolyzuje mnoho arylacetonitrilů, jmenovitě mandelonitril, který slouží jako obrana proti býložravcům.[11][15][16]
Další čtení
- Winkler M, Glieder A, Klempier N (březen 2006). „Enzymový stabilizátor DTT katalyzuje hydrolýzu nitrilů analogem nitrilázy“. Chemická komunikace (12): 1298–300. doi:10.1039 / B516937B. PMID 16538253.
Reference
- ^ A b Pace HC, Brenner C (2001). „Nadrodina nitrilázy: klasifikace, struktura a funkce“. Genome Biology. 2 (1): RECENZES0001. doi:10.1186 / gb-2001-2-1-reviews0001. PMC 150437. PMID 11380987.
- ^ Thimann KV, Mahadevan S (duben 1964). „Nitriláza. I. Výskyt, příprava a obecné vlastnosti enzymu“. Archivy biochemie a biofyziky. 105: 133–41. doi:10.1016/0003-9861(64)90244-9. PMID 14165487.
- ^ A b Piotrowski M, Schönfelder S, Weiler EW (leden 2001). „Isid Arabidopsis thaliana NIT4 a jeho ortology v tabáku kódují beta-kyano-L-alanin hydratázu / nitrilázu“. The Journal of Biological Chemistry. 276 (4): 2616–21. doi:10,1074 / jbc.M007890200. PMID 11060302.
- ^ A b C d E F Gong JS, Lu ZM, Li H, Shi JS, Zhou ZM, Xu ZH (říjen 2012). „Nitrilasy v nitrilové biokatalýze: nedávný pokrok a nadcházející výzkum“. Továrny na mikrobiální buňky. 11: 142. doi:10.1186/1475-2859-11-142. PMC 3537687. PMID 23106943.
- ^ Heinemann U, Engels D, Bürger S, Kiziak C, Mattes R, Stolz A (2003). „Klonování genu pro nitrilázu z cyanobakteria Synechocystis sp. Kmen PCC6803 a heterologní exprese a charakterizace kódovaného proteinu“. Aplikovaná a environmentální mikrobiologie. 69 (8): 4359–66. doi:10.1128 / AEM.69.8.4359-4366.2003. PMC 169084. PMID 12902216.
- ^ A b C d Raczynska JE, Vorgias CE, Antranikian G, Rypniewski W (únor 2011). "Krystalografická analýza termoaktivní nitrilázy". Journal of Structural Biology. 173 (2): 294–302. doi:10.1016 / j.jsb.2010.11.017. PMID 21095228.
- ^ A b C d O'Reilly C, Turner PD (2003). "Rodina nitrilázy z hydrolyzujících enzymů CN - srovnávací studie". Journal of Applied Microbiology. 95 (6): 1161–74. doi:10.1046 / j.1365-2672.2003.02123.x. PMID 14632988.
- ^ A b Nakai T, Hasegawa T, Yamashita E, Yamamoto M, Kumasaka T, Ueki T, Nanba H, Ikenaka Y, Takahashi S, Sato M, Tsukihara T (červenec 2000). „Krystalová struktura amidohydrolázy N-karbamyl-D-aminokyseliny s novým katalytickým rámcem společným pro amidohydrolázy“. Struktura. 8 (7): 729–37. doi:10.1016 / s0969-2126 (00) 00160-x. PMID 10903946.
- ^ Pace HC, Hodawadekar SC, Draganescu A, Huang J, Bieganowski P, Pekarsky Y, Croce CM, Brenner C (2017-07-27). „Krystalová struktura červu NitFhit Protein Rosetta Stone odhaluje Nit tetramer vázající dva dimery Fhit“. Aktuální biologie. 10 (15): 907–17. doi:10.1016 / s0960-9822 (00) 00621-7. PMID 10959838.
- ^ Yeates TO (01.01.1997). "Detekce a překonání partnerství krystalů". Metody v enzymologii. 276: 344–58. doi:10.1016 / s0076-6879 (97) 76068-3. PMID 9048378.
- ^ A b C d E F Howden AJ, Preston GM (červenec 2009). „Nitrilázové enzymy a jejich role v interakcích rostlin a mikrobů“. Mikrobiální biotechnologie. 2 (4): 441–51. doi:10.1111 / j.1751-7915.2009.00111.x. PMC 3815905. PMID 21255276.
- ^ Vorwerk S, Biernacki S, Hillebrand H, Janzik I, Müller A, Weiler EW, Piotrowski M (březen 2001). "Enzymatická charakterizace rekombinantní podrodiny nitrilázy Arabidopsis thaliana kódovaná klastrem genu NIT2 / NIT1 / NIT3". Planta. 212 (4): 508–16. doi:10,1007 / s004250000420. PMID 11525507.
- ^ Piotrowski M (listopad 2008). „Primární nebo sekundární? Všestranné nitrilázy v metabolismu rostlin“. Fytochemie. 69 (15): 2655–67. doi:10.1016 / j.phytochem.2008.08.020. PMID 18842274.
- ^ A b Howden AJ, Harrison CJ, Preston GM (leden 2009). "Zachovaný mechanismus metabolismu nitrilu v bakteriích a rostlinách". The Plant Journal. 57 (2): 243–53. doi:10.1111 / j.1365-313X.2008.03682.x. PMID 18786181.
- ^ Kiziak C, Conradt D, Stolz A, Mattes R, Klein J (listopad 2005). „Nitriláza z Pseudomonas fluorescens EBC191: klonování a heterologní exprese genu a biochemická charakterizace rekombinantního enzymu“. Mikrobiologie. 151 (Pt 11): 3639–48. doi:10.1099 / mic.0.28246-0. PMID 16272385.
- ^ Legras JL, Chuzel G, Arnaud A, Galzy P (červen 1990). "Přírodní nitrily a jejich metabolismus". World Journal of Microbiology & Biotechnology. 6 (2): 83–108. doi:10.1007 / BF01200927. PMID 24429979.
externí odkazy
- nitriláza v americké národní lékařské knihovně Lékařské předměty (Pletivo)