Redukční dehalogenázy - Reductive dehalogenases
Redukční dehaholagens (ES 1.97.1.8) jsou skupina enzymy využíváno v dýchání organohalogenidu bakterie.[1][2] Tyto enzymy jsou většinou připojeny k periplazmatické straně cytoplazmatické membrány a hrají ústřední roli v energeticky úsporném respiračním procesu u bakterií, které dýchají organohalogenidy, redukcí organohalogenidů. Během takové redukční dehalogenační reakce se jako koncová látka použijí organohalogenidy akceptory elektronů. Katalyzují následující obecné reakce:
- R-X + 2 e− + 2 H+ → R-H + H-X
- X-RR-X + 2 e− + 2 H+ → R = R + 2X−
Tyto membránově spojené enzymy přitahovaly velký zájem o detoxikaci organohalidových znečišťujících látek. Znečištění organohalogenidy je závažný celosvětový problém životního prostředí ovlivňující půdu a podzemní vody; a reduktivní dehalogenázy nabízejí slibný přírodní nástroj pro bioremediaci.
Struktura a mechanismus
Reduktivní dehalogenázy souvisí s kobamid (nebo vitamin B12 ) rodina enzymů. Obsahují a kobalamin na svém katalytickém aktivním místě, kde dochází ke skutečné redukční reakci. Také přístav klastry železa a síry které dodávají redukční ekvivalenty.[1][3] Všechny dehalogenázy spojené s membránou obsahují N-terminál signál twin-arginin (TAT) sekvence (RRXFXK), což je konzervovaný signální peptid pro translokaci membránového proteinu. Monomerní stejně jako dimerní formuláře byly dříve hlášeny.
Enzymatický mechanismus je stále nedostatečně objasněn; několik studií však uvádělo různé mechanismy zahrnující organokobalt adukt, přenos jednoho elektronu a halogen-kobaltová vazba.[1]
Byly studovány běžné reduktivní dehalogenázy
Redukční dehalogenázy z Dehalobacter druh
- Chloroform reduktivní dehalogenázy: TmrA[4][5] a CfrA[6]
Redukční dehalogenázy z Dehalococcoides druh
- Vinylchlorid snížení VcrA[7]
- Hexachlorbenzen degradující CbrA[8]
Redukční dehalogenázy z Desulfitobacterium druh
- Perchlorethen a trichlorethen degradující PceA[9]
Výrobní metody
Nativní enzymy
Příkladem jsou ty, které mohou dechlorovat chloroform (TmrA), PCE (PceA), TCE (TceA) a VC (VcrA).[2] Čištění těchto enzymů v nativních formách je údajně obtížné; několik takových enzymů však bylo purifikováno do téměř homogenity.[10][11] Ultracentrifugace, membrána solubilizace a série kapalinová chromatografie jsou běžně používané techniky pro izolaci a čištění. Chloroform redukující dehalogenáza je nejnovější reduktivní dehalogenáza, která byla úspěšně vyrobena a čištěna.[4]
Heterologní výrazy
Vědci v oboru obrátili svůj zájem na heterologní výraz stejných enzymů kvůli obtížím při získávání těchto enzymů v nativní formě. Teprve nedávno bylo funkčně exprimováno několik rekombinantních reduktivních dehalogenáz, což přineslo výzkum dehalogenázy na další úrovně.[12][7][3][5] Tyto úspěšné snahy usnadňují další zkoumání jejich biochemických a strukturních vlastností.
První respirační reduktivní dehalogenáza spojená s membránou byla heterologně vyjádřeno v rozpustné a aktivní formě a přečištěny za použití Bacillus megaterium[5].
Využití v bioremediaci
V posledních letech přitahoval výzkum reduktivních dehalogenáz velký zájem akademických i průmyslových vědců o jejich potenciální použití v bioremediace kontaminace organohalogenidy.
Reference
- ^ A b C Jugder, Bat-Erdene; Ertan, Haluk; Lee, Matthew; Manefield, Michael; Markýz, Christopher P. (2015). "Reduktivní dehalogenázy pocházejí z věku při biologickém ničení organohalidů". Trendy v biotechnologii. 33 (10): 595–610. doi:10.1016 / j.tibtech.2015.07.004. ISSN 0167-7799. PMID 26409778.
- ^ A b Jugder, Bat-Erdene; Ertan, Haluk; Bohl, Susanne; Lee, Matthew; Markýz, Christopher P .; Manefield, Michael (2016). „Bakterie a respirační bakterie reagující na halogenidy: klíčové nástroje v bioremediaci organohalidů“. Hranice v mikrobiologii. 7: 249. doi:10.3389 / fmicb.2016.00249. ISSN 1664-302X. PMC 4771760. PMID 26973626.
- ^ A b Quezada, C.P .; Payne, K.A.P .; Leys, D. (2014). „Reduktivní dehalogenázová struktura naznačuje mechanismus dehalogenace závislé na B12“. Příroda. 517 (7535): 513–516. doi:10.1038 / příroda13901. PMC 4968649. PMID 25327251.
- ^ A b Jugder, Bat-Erdene; Bohl, Susanne; Lebhar, Helene; Healey, Robert D .; Manefield, Mike; Markýz, Christopher P .; Lee, Matthew (2017-06-20). „Bakteriální chloroformová reduktivní dehalogenáza: čištění a biochemická charakterizace“. Mikrobiální biotechnologie. 10 (6): 1640–1648. doi:10.1111/1751-7915.12745. ISSN 1751-7915. PMC 5658581. PMID 28631300.
- ^ A b C Jugder, Bat-Erdene; Payne, Karl A. P .; Fisher, Karl; Bohl, Susanne; Lebhar, Helene; Manefield, Mike; Lee, Matthew; Leys, David; Markýz, Christopher P. (2018-01-24). „Heterologní produkce a čištění funkční redukční dehalogenázy chloroformu“. ACS Chemická biologie. 13 (3): 548–552. doi:10.1021 / acschembio.7b00846. ISSN 1554-8929. PMID 29363941.
- ^ Tang, S .; Edwards, E. A. (2013-03-11). „Identifikace reduktivních dehalogenáz Dehalobacter, které katalyzují dechloraci chloroformu, 1,1,1-trichlorethanu a 1,1-dichlorethanu“. Filozofické transakce Královské společnosti B: Biologické vědy. 368 (1616): 20120318. doi:10.1098 / rstb.2012.0318. ISSN 0962-8436. PMC 3638459. PMID 23479748.
- ^ A b Parthasarathy, Anutthaman; Stich, Troy A .; Lohner, Svenja T .; Lesnefsky, Ann; Britt, R. David; Spormann, Alfred M. (03.03.2015). „Biochemický a EPR-spektroskopický výzkum heterologně exprimované vinylchloridové reduktivní dehalogenázy (VcrA) z kmene Dehalococcoides mccartyi kmen VS“. Journal of the American Chemical Society. 137 (10): 3525–3532. doi:10.1021 / ja511653d. ISSN 0002-7863. PMC 4516053. PMID 25686300.
- ^ Wagner, A. Segler, L. Kleinsteuber, S. Sawers, G. Smidt, H. Lechner, U. (2013). Regulace transkripce genu reduktivní dehalogenázy u Dehalococcoides mccartyi. OCLC 1018969275.CS1 maint: více jmen: seznam autorů (odkaz)
- ^ Suyama, A .; Yamashita, M .; Yoshino, S .; Furukawa, K. (01.07.2002). "Molekulární charakterizace PceA reduktivní dehalogenázy z Desulfitobacterium sp. Kmen Y51". Journal of Bacteriology. 184 (13): 3419–3425. doi:10.1128 / jb.184.13.3419-3425.2002. ISSN 0021-9193. PMC 135124. PMID 12057934.
- ^ Neumann, Anke; Wohlfarth, Gert; Diekert, Gabriele (12.7.1996). "Čištění a charakterizace tetrachlorethenu reduktivní dehalogenázy z Dehalospirillum multivorans". Journal of Biological Chemistry. 271 (28): 16515–16519. doi:10.1074 / jbc.271.28.16515. ISSN 0021-9258. PMID 8663199.
- ^ Ni, S; Fredrickson, J. K.; Xun, L (1995). „Čištění a charakterizace nové 3-chlorbenzoát-reduktivní dehalogenázy z cytoplazmatické membrány Desulfomonile tiedjei DCB-1“. Journal of Bacteriology. 177 (17): 5135–5139. doi:10.1128 / jb.177.17.5135-5139.1995. ISSN 0021-9193. PMC 177294. PMID 7665493.
- ^ Mac Nelly, Anita; Kai, Marco; Svatoš, Aleš; Diekert, Gabriele; Schubert, Torsten (09.05.2014). „Funkční heterologní produkce redukčních dehalogenáz z kmenů Desulfitobacterium hafniense“. Aplikovaná a environmentální mikrobiologie. 80 (14): 4313–4322. doi:10.1128 / aem.00881-14. ISSN 0099-2240. PMC 4068680. PMID 24814779.