Polygalakturonáza - Polygalacturonase

Polygalakturonáza
Polygalakturonáza.png
Počítačem generovaný obraz polygalakturonázy, jak byl nalezen v Aspergillus aculeatus (1IA5) při pH 8,5[1]
Identifikátory
EC číslo3.2.1.15
Číslo CAS9032-75-1
Databáze
IntEnzIntEnz pohled
BRENDAVstup BRENDA
EXPASYPohled NiceZyme
KEGGVstup KEGG
MetaCycmetabolická cesta
PRIAMprofil
PDB strukturRCSB PDB PDBe PDBsum

Polygalakturonáza (ES 3.2.1.15 ), také známý jako pektin depolymeráza, PG, pektoláza, pektin hydroláza, a poly-alfa-1,4-galakturonid glykanohydroláza, je enzym že hydrolyzuje alfa-1,4 glykosidové vazby mezi kyselina galakturonová zbytky. Polygalakturonan, jehož hlavní složkou je kyselina galakturonová,[2] je významný uhlohydrát složka pektin síť, která zahrnuje rostlinné buněčné stěny.[3] Proto je činnost endogenní rostlina PG pracuje na zjemnění a oslazení ovoce během procesu zrání. Podobně fytopatogeny používají PG jako prostředek k oslabení pektinové sítě, takže trávicí enzymy mohou být vylučovány do hostitele rostlin za účelem získání živin.

Struktura

Tento enzym má několik paralel beta listy tvoří šroubovicový tvar, který se nazývá a beta spirála. Tato vysoce stabilní struktura, díky mnoha Vodíkové vazby a disulfidové vazby mezi řetězci, je běžnou charakteristikou enzymů podílejících se na degradaci pektinu.[4] Vnitřek spirály beta je hydrofobní.[1]

Obrázek polygalakturonázy z Fusarium moniliforme (1HG8) zobrazující aktivní místo v purpurové barvě[5]

Rentgenová krystalografie byl použit ke stanovení trojrozměrné struktury několika PG v různých organismech. Houbové PG z Colletotrichum lupini,[6] Aspergillus aculeatus,[1] a Aspergillus niger (PG1[7] a PG2[8]) byly krystalizovány. PG od bakterií jako Erwinia carotovora[9] a Bacillus subtilis[4] byly také krystalizovány.

The Aktivní stránky z Fusarium moniliforme PG zahrnuje šest nabitých aminokyselina zbytky: H188, R267 a K269 Podklad vazba, D212 (obecná kyselina) je zodpovědná za darování protonu ke glykosydickému kyslíku a D213 a D191 aktivují H2O pro a nukleofilní útok.[5]

Mechanismus

Polygalakturonáza je a pektináza: enzym, který degraduje pektin. PG hydrolyzují O-glykosylové vazby v polygalakturonanové síti pektinu, což vede k alfa-1,4-polygalakturonovým zbytkům.[10] Rychlost hydrolýzy závisí na polysacharid délka řetězu. Nízké rychlosti hydrolýzy jsou spojeny s velmi krátkými řetězci (např. Kyselinou digalakturonovou) a velmi dlouhými řetězci.[11]

Mechanismus polygalakturonázy: hydrolýza polygalakturonanu.[10]

Exo- vs. endo-polygalakturonázy

Exo- a endo-PG využívají různé hydrolytické způsoby působení. Endo-PG hydrolyzují náhodným způsobem podél polygalakturonanové sítě. Výsledkem této metody jsou oligogalakturonidy.[12] Exo-PG hydrolyzují na neredukujícím konci polymeru a vytvářejí a monosacharid kyselina galakturonová. Organismy příležitostně používají obě metody. Kromě různých způsobů působení, PG polymorfismus umožňuje fungálním PG účinněji degradovat širší škálu rostlinných tkání. Optimální odrůda PG pH, specificita substrátu a další faktory jsou pravděpodobně užitečné pro fytopatogenní organismy, jako je houby.[4]

Zemědělský význam

Vzhledem k použitelnosti aktivity tohoto enzymu na zemědělskou produktivitu a obchodní úspěch se většina výzkumu PG zaměřila na roli PG v procesu zrání ovoce, pyl, a abscise.

Pektin je jedním ze tří polysacharidy přítomný v rostlinná buněčná stěna, a hraje roli při udržování bariéry mezi vnitřním a vnějším prostředím a dodává sílu buněčným stěnám rostlin.[13] Konkrétně pektin v střední lamela drží pohromadě sousední buňky.[14]

Zrání ovoce

První GM potraviny k dispozici v obchodech byl geneticky modifikované rajče (také známý jako Flavr Savr ), které měly delší trvanlivost a byly ideální pro přepravu. Jeho zpožděného zrání bylo dosaženo zabráněním polygalakturonase ve zničení pektinu, což činí rajčata pevnými. An antisense Byl zaveden gen PG, který zabraňoval dozrávání polygalakturonázy a změkčoval rajčata.[15] Ačkoli se ukázalo, že tato metoda snižuje PG enzymatickou aktivitu o 70 až 90%, je PG antisense RNA nebránilo normálnímu vývoji barev.[16]

Depolymerizace pektinu se z velké části podílí na pozdějších stadiích dozrávání plodů, zejména když jsou plody přezrálé.[17] Zatímco rajčata jsou ukázkovým příkladem vysoké aktivity PG, tento enzym je také velmi aktivní při zrání avokáda a broskví. Když jsou plody již měkké, aktivují se enzymy PG v broskví, dva exo-PG a jeden endo-PG.[18] Ovoce jako persimmons může buď postrádat PG enzymy, nebo mít velmi nízké hladiny PG, a jako takové ještě nebyly detekovány. V těchto případech mohou proces zrání katalyzovat další enzymy.

Pyl

Exo-PG hrají roli v umožnění prodloužení pylové trubice, protože pektinové přesmyky jsou nezbytné pro růst pylové zkumavky. Tato aktivita PG byla nalezena u trav jako kukuřice stejně jako na stromech, zejména v Východní topol.[19] Exo-PG podílející se na růstu pylové trubice potřebují Ca2+ pro maximální enzymatickou aktivitu a mohou být inhibovány vysokými koncentracemi NaCl, citrát, a EDTA.[11]

Abscise zóny

Je do značné míry nejasné, zda PG hrají roli při napomáhání abscise v některých rostlinách, a pokud ano, zda působí exo nebo endo. Byl publikován konfliktní výzkum například o tom, zda je PG zapojen do abscesu citrusových plodů. Jedním konkrétním problémem bylo použití testy které nejsou pivo k měření aktivity exo-PG.[20] Další komplikací je rozdíl v PG enzymatické aktivitě mezi zónami oddělení buněk ovoce a listů. U broskví byla aktivita PG detekována pouze v zónách úniku ovoce.[21]

jiný

Zemědělští škůdci mají rádi Lygus hesperus poškozují bavlnu a jiné plodiny, protože ve slinách vylučují PG, které tráví rostlinnou tkáň. Zaměstnávají exo- i endo-PG.[22]

Inhibice

Protein inhibitoru polygalakturonázy nalezený v Phaseolus vulgaris (1OGQ). Zbytky, které interagují s aktivním místem PG, jsou zvýrazněny modře.[23]

Fytopatogenní houby vystavují buněčné stěny rostlin enzymům degradujícím buněčné stěny (CWDE), jako jsou PG.[4]V reakci na to má většina rostlin přirozené inhibitor bílkoviny které zpomalují hydrolytickou aktivitu PG. Tyto inhibitory také vyvolávají akumulaci oligogalakturonidu s dlouhým řetězcem, aby povzbudily obranný mechanismus proti útoku.[4] The proteiny inhibitoru polygalakturonázy (PGIP) jsou opakování bohaté na leucin proteiny, o nichž se uvádí, že vykazují nekompetitivní účinky[24] a konkurenceschopné[5] inhibice PG. Aktivní místo PG interaguje s kapsou obsahující více polárních aminokyselin v Phaseolus vulgaris PGIP2. Inhibitor zabraňuje vazbě substrátu obsazením aktivního místa, což vede k kompetitivní inhibice.[23]

Krystalové struktury pro PGIP a PGIP2 byly stanoveny pro fazole P. vulgaris. Nabité a polární zbytky, které interagují s aktivním místem PG, byly identifikovány v P. vulgaris jako D131, S133, T155, D157, T180 a D203.[23] Použitím PGIP2 jako šablony byly pro některé další běžné plodiny stanoveny teoretické struktury jiných PGIP.

Reference

  1. ^ A b C Cho SW, Lee S, Shin W (srpen 2001). „Rentgenová struktura polygalakturonázy Aspergillus aculeatus a modelovaná struktura komplexu polygalakturonáza-oktagalakturonát“. Journal of Molecular Biology. 311 (4): 863–78. doi:10.1006 / jmbi.2001.4919. PMID  11518536.
  2. ^ „Lékařská definice polygalakturonanu“. Lexic.us.
  3. ^ Jones, T. M., Anderson, A. J. a Albersheim, P. (1972) Interakce hostpatogenů IV, Studie enzymů degradujících polysacharidy vylučované Fusarium oxysporum f. sp. lycopersici, Physiol. Plant Pathol. 2, 153-166.
  4. ^ A b C d E D'Ovidio R, Mattei B, Roberti S, Bellincampi D (únor 2004). „Polygalakturonázy, proteiny inhibující polygalakturonázu a pektické oligomery v interakcích rostlin a patogenů“. Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - bílkoviny a proteomika. 1696 (2): 237–44. doi:10.1016 / j.bbapap.2003.08.012. PMID  14871664.
  5. ^ A b C Federici L, Caprari C, Mattei B, Savino C, Di Matteo A, De Lorenzo G, Cervone F, Tsernoglou D. Strukturální požadavky endopolygalakturonázy pro interakci s PGIP (protein inhibující polygalakturonázu). Proc Natl Acad Sci U S A. 2001 6. listopadu; 98 (23): 13425-30.
  6. ^ Bonivento D, Pontiggia D, Matteo AD, Fernandez-Recio J, Salvi G, Tsernoglou D, Cervone F, Lorenzo GD, Federici L (leden 2008). „Krystalová struktura endopolygalakturonázy z fytopatogenní houby Colletotrichum lupini a její interakce s proteiny inhibujícími polygalakturonázu“. Proteiny. 70 (1): 294–9. doi:10,1002 / prot. 21610. PMID  17876815.
  7. ^ van Pouderoyen G, Snijder HJ, Benen JA, Dijkstra BW (listopad 2003). „Strukturální pohledy na procesivitu endopolygalakturonázy I z Aspergillus niger“ (PDF). FEBS Dopisy. 554 (3): 462–6. doi:10.1016 / s0014-5793 (03) 01221-3. PMID  14623112.
  8. ^ van Santen Y, Benen JA, Schröter KH, Kalk KH, Armand S, Visser J, Dijkstra BW (říjen 1999). „1.68-A krystalová struktura endopolygalakturonázy II z Aspergillus niger a identifikace zbytků aktivního místa místně cílenou mutagenezí“. The Journal of Biological Chemistry. 274 (43): 30474–80. doi:10.1074 / jbc.274.43.30474. PMID  10521427.
  9. ^ Pickersgill R, Smith D, Worboys K, Jenkins J (září 1998). "Krystalová struktura polygalakturonázy z Erwinia carotovora ssp. Carotovora". The Journal of Biological Chemistry. 273 (38): 24660–4. doi:10.1074 / jbc.273.38.24660. PMID  9733763.
  10. ^ A b „Informace o EC 3.2.1.15 - polygalakturonase“. BRENDA.
  11. ^ A b Pressey R, Reger BJ (1989). "Polygalakturonáza v pylu z kukuřice a jiných trav". Plant Science. 59 (1): 57–62. doi:10.1016/0168-9452(89)90008-3.
  12. ^ Ferrari S, Savatin DV, Sicilia F, Gramegna G, Cervone F, Lorenzo GD (13. března 2013). „Oligogalakturonidy: molekulární vzorce spojené s poškozením rostlin a regulátory růstu a vývoje“. Hranice ve vědě o rostlinách. 4 (49): 49. doi:10,3389 / fpls.2013,00049. PMC  3595604. PMID  23493833.
  13. ^ Harholt J, Suttangkakul A, Vibe Scheller H (červen 2010). „Biosyntéza pektinu“. Fyziologie rostlin. 153 (2): 384–95. doi:10.1104 / pp.110.156588. PMC  2879803. PMID  20427466.
  14. ^ Orfila C, Seymour GB, Willats WG, Huxham IM, Jarvis MC, Dover CJ, Thompson AJ, Knox JP (květen 2001). „Upravený střední lamelový homogalakturonan a narušené ukládání (1 -> 5) -alfa-L-arabinanu v oplodí Cnr, dozrávající mutant rajčete“. Fyziologie rostlin. 126 (1): 210–21. doi:10.1104 / pp.126.1.210. PMC  102295. PMID  11351084.
  15. ^ Berg JM, Tymoczko JL, Stryer L (2012). Biochemie (7 ed.). W. H. Freeman and Company. p. 167. ISBN  9781429229364.
  16. ^ Sheehy RE, Kramer M, Hiatt WR (prosinec 1988). "Snížení aktivity polygalakturonázy v rajčatovém ovoci antisense RNA". Sborník Národní akademie věd Spojených států amerických. 85 (23): 8805–9. doi:10,1073 / pnas.85.23.8805. PMC  282595. PMID  16593997.
  17. ^ Hadfield KA, Bennett AB (červen 1998). "Polygalakturonázy: mnoho genů při hledání funkce". Fyziologie rostlin. 117 (2): 337–43. doi:10.1104 / pp.117.2.337. PMC  1539180. PMID  9625687.
  18. ^ G Downs C, J Brady C, Gooley A (červen 1992). "Exopolygalakturonázový protein se hromadí pozdě v dozrávání broskvového ovoce". Physiologia Plantarum. 85 (2): 133–140. doi:10.1111 / j.1399-3054.1992.tb04715.x.
  19. ^ Pressey, Russell (1991). „Polygalakturonáza ve stromových pylech“. Fytochemie. 30 (6): 1753–1755. doi:10.1016 / 0031-9422 (91) 85006-L.
  20. ^ Berger RK, Reid PD (15. ledna 1979). „Role polygalakturonázy při absenci fazolových listů“. Fyziologie rostlin. 63 (6): 1133–1137. doi:10.1104 / str. 63.6.1133. PMC  542983. PMID  16660870.
  21. ^ Bonghi C, Rascio N, Ramina A, Casadoro G (prosinec 1992). „Celuláza a polygalakturonáza se podílejí na abscesu listových a ovocných explantátů broskví“. Molekulární biologie rostlin. 20 (5): 839–848. doi:10.1007 / bf00027155. PMID  1281437.
  22. ^ Celorio-Mancera Mde L, Carl Greve L, Teuber LR, Labavitch JM (únor 2009). „Identifikace aktivity endo- a exo-polygalakturonázy ve slinných žlázách Lygus hesperus (Knight)“ (PDF). Archiv biochemie a fyziologie hmyzu. 70 (2): 122–35. doi:10.1002 / arch.20282. PMID  19085947.
  23. ^ A b C Di Matteo A, Federici L, Mattei B, Salvi G, Johnson KA, Savino C, De Lorenzo G, Tsernoglou D, Cervone F (srpen 2003). „Krystalová struktura proteinu inhibujícího polygalakturonázu (PGIP), opakujícího se proteinu bohatého na leucin, podílejícího se na obraně rostlin“. Sborník Národní akademie věd Spojených států amerických. 100 (17): 10124–8. doi:10.1073 / pnas.1733690100. PMC  187787. PMID  12904578.
  24. ^ Daniel King, Carl Bergmann, Ron Orlando, Jacques A. E. Benen, Harry C. M. Kester a Jaap Visser; "Využití hmotnostní spektrometrie s amidovou výměnou ke studiu konformačních změn v systému proteinů inhibujících endopolygalakturonázu II - kyselinu polygalakturonovou - polygalakturonázu", Biochem. 41, 10225-10233, 2002

externí odkazy