Poly (3-hydroxybutyrát) depolymeráza - Poly(3-hydroxybutyrate) depolymerase

Poly (3-hydroxybutyrát) depolymeráza (PHB depolymeráza) je enzym používá se v procesech degradace přírodního polyesteru Poly (3-hydroxyburát).[1] Tento enzym má rostoucí zájem o komercializaci kvůli jeho důsledkům v biologicky rozložitelném plastovém rozkladu.

poly (3-hydroxybutyrát) depolymeráza
Identifikátory
EC číslo3.1.1.75
Databáze
IntEnzIntEnz pohled
BRENDAVstup BRENDA
EXPASYPohled NiceZyme
KEGGVstup KEGG
MetaCycmetabolická cesta
PRIAMprofil
PDB strukturRCSB PDB PDBe PDBsum
Genová ontologieAmiGO / QuickGO

v enzymologie, a poly (3-hydroxybutyrát) depolymeráza (ES 3.1.1.75 ) je enzym že katalyzuje the chemická reakce

poly [(R) -3-hydroxybutanoát] n + H2Ó poly [(R) -3-hydroxybutanoát] n-x + poly [(R) -3-hydroxybutanoát] x; X 1-5

Tedy dva substráty tohoto enzymu jsou [[poly [(R) -3-hydroxybutanoát] n]] a H2Ó, zatímco jeho dva produkty jsou [[poly [(R) -3-hydroxybutanoát] n-x]] a [[poly [(R) -3-hydroxybutanoát] x; X]].

Mezi další běžně používaná jména patří PHB depolymeráza, poly (3HB) depolymeráza, poly [(R) -hydroxyalkanová kyselina] depolymeráza, poly (HA) depolymeráza, poly (HASCL) depolymeráza, a poly [(R) -3-hydroxybutyrát] hydroláza.

Úmluva o pojmenování ES

The EC číslo PHB depolymerázy je 3.1.1.75, kde každá složka označuje různé kategorie v konvenci pojmenování enzymů.

EC Class 3: Hydrolase, Subclass 3.1: Ester Bonds, Sub-subclass 3.1.1: Carboxylic, Serial Number: 3.1.1.75

Tento enzym patří do rodiny hydrolázy, konkrétně těch, které působí na karboxylovou skupinu ester vazby. The systematické jméno této třídy enzymů je poly [(R) -3-hydroxybutanoát] hydroláza.

Funkce

Tento enzym se používá v mnoha bakteriích a mikrobech a v anaerobním a aerobním prostředí. Druhy jako např Pseudomonas lemoigne, Comamonas sp. Acidovorax faecalis, Aspergillus fumigatus a Variovorax paradoxus byly nalezeny v půdě, Alcaligenes faecalis, Pseudomonas, Illyobacter delafieldi, byly nalezeny v aerobním kalu a nakonec Comamonas testosteron, Pseudomonas stutzeri, se nacházejí v mořské a jezerní vodě.[2]

Mezi nejvíce studované Alcaligenes faecalis, používá tuto depolymerázu k metabolizaci Poly (3-hydroxybutyrátu) a rozkládá ji na zásoby uhlíku.[3] Metabolizace poly (3-hydroxybutyrátu) umožňuje u těchto organismů vysoké rychlosti růstu, když je biologická dostupnost uhlíku v prostředí nízká.[4] Některé z těchto mikrobů jako např Alcaligenes faecalis AE122, může tuto reakci využít k dosažení svého jediného zdroje uhlíku.[3]

Protože mnoho studií se zaměřuje na extracelulární poly (3-hydroxybutyrát) depolymerázu, existuje jak intracelulární, tak extracelulární PHB depolymeráza. Intracelulární i extracelulární depolymeráza fungují tak, že rozbíjejí esterové vazby v PHB a produkují produkty rozpustné ve vodě: dimer PHB a 3HB monomer.[5] Extracelulární depolymerázy jsou schopné degradovat na částečně denaturovaných molekulách PHB, zatímco intracelulární depolymerázy působí na nativní molekulu PHB.[6]

Struktura a aktivní web

Ke konci roku 2007 dva struktur byly pro tuto třídu enzymů vyřešeny pomocí PDB přístupové kódy 2D80 a 2D81.

Tvar poly (3-hydroxybutyrát) depolymerázy je globulární, sestávající z jediné domény a je kruhově permutovanou variací záhybu α-β hydrolázy.[6]

Aminokyselinové zbytky Ser39, Asp121 a His155 se nacházejí za prvním (β1), třetím (β3) a čtvrtým (β4) β-vlákny depolymerázy.[6] Vazebné místo pro substrát má alespoň 3 podřízené stránky, na které se mohou vázat monomerní jednotky polyesterových substrátů.[6] Třináct hydrofobních zbytků je zarovnáno a vystaveno rozpouštědlu podél povrchu depolymerázy a potenciálně umožňují dostatečnou vazebnou afinitu bez odlišné vazebné domény substrátu, tato doména slouží jako místo absorpce polymeru.[6]

Degradace Poly (3-hydroxyburát) je způsoben štěpením krystalické struktury povrchovou erozí, což umožňuje útok hrany z enzymu na hydrolýzu molekuly na její produkty.[4] Ve studii o degradaci monokrystalů PHB bylo zjištěno, že depolymeráza PHB přednostně degraduje krystalické okraje spíše než řetězové záhyby molekuly PHB.[7][8]

Reference

  1. ^ Shirakura, Y; Fukui, T; Saito, T; Okamoto, Y; Narikawa, T; Koide, K; Tomita, K; Takemasa, T; Masamune, S (1986-01-15). "Rozklad poly (3-hydroxybutyrátu) poly (3-hydroxybutyrát) depolymerázou z Alcaligenes faecalis T1". Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Obecné předměty. 880 (1): 46–53. doi:10.1016/0304-4165(86)90118-2. PMID  3942778.
  2. ^ Tokiwa, Yutaka; Calabia, Buenaventurada; Ugwu, Charles; Aiba, Seiichi (2009-08-26). „Biologická rozložitelnost plastů“. International Journal of Molecular Sciences. 10 (9): 3722–3742. doi:10,3390 / ijms10093722. ISSN  1422-0067. PMC  2769161. PMID  19865515.
  3. ^ A b Kita, K; Ishimaru, K; Teraoka, M; Yanase, H; Kato, N (1995). „Vlastnosti poly (3-hydroxybutyrátu) depolymerázy z mořské bakterie Alcaligenes faecalis AE122“. Aplikovaná a environmentální mikrobiologie. 61 (5): 1727–1730. doi:10.1128 / AEM.61.5.1727-1730.1995. ISSN  0099-2240. PMC  167434. PMID  7646009.
  4. ^ A b Jendrossek, Dieter (2001), Babel, Wolfgang; Steinbüchel, Alexander (eds.), „Mikrobiální degradace polyesterů“, BiopolyesteryPokroky v biochemickém inženýrství / biotechnologii, Berlín, Heidelberg: Springer Berlin Heidelberg, 71, str. 293–325, doi:10.1007/3-540-40021-4_10, ISBN  978-3-540-41141-3, PMID  11217416, vyvoláno 2020-10-22
  5. ^ Sayyed, R. Z .; Wani, S. J .; Alarfaj, Abdullah A .; Syed, Asad; El-Enshasy, Hesham Ali (01.01.2020). Kumar, Pradeep (ed.). "Produkce, čištění a hodnocení potenciálu biodegradace PHB depolymerázy Stenotrophomonas sp. RZS7". PLOS ONE. 15 (1): e0220095. Bibcode:2020PLoSO..1520095S. doi:10.1371 / journal.pone.0220095. ISSN  1932-6203. PMC  6946144. PMID  31910206.
  6. ^ A b C d E Hisano, Tamao; Kasuya, Ken-ichi; Tezuka, Yoko; Ishii, Nariaki; Kobayashi, Teruyuki; Shiraki, Mari; Oroudjev, Emin; Hansma, Helen; Iwata, Tadahisa; Doi, Yoshiharu; Saito, Terumi (březen 2006). „Krystalová struktura polyhydroxybutyrátu depolymerázy z Penicillium funiculosum poskytuje poznatky o rozpoznávání a degradaci biopolyesterů“. Journal of Molecular Biology. 356 (4): 993–1004. doi:10.1016 / j.jmb.2005.12.028. PMID  16405909.
  7. ^ Hocking, Philippa J .; Marchessault, Robert H .; Timmins, Mark R .; Lenz, Robert W .; Fuller, R. Clinton (leden 1996). "Enzymatická degradace jednotlivých krystalů bakteriálního a syntetického poly (β-hydroxybutyrátu)". Makromolekuly. 29 (7): 2472–2478. Bibcode:1996 MaMol..29,2472H. doi:10.1021 / ma951361f. ISSN  0024-9297.
  8. ^ Iwata, Tadahisa; Shiromo, Masakatsu; Doi, Yoshiharu (2002). „Povrchové struktury poly [(R) -3-hydroxybutyrátu] a jeho monokrystalů kopolymeru před a po enzymatické degradaci extracelulární PHB depolymerázou“. Makromolekulární chemie a fyzika. 203 (10–11): 1309–1316. doi:10.1002 / 1521-3935 (200207) 203: 10/11 <1309 :: AID-MACP1309> 3.0.CO; 2-P. ISSN  1521-3935.