Галогидриндегалогеназа - Halohydrin dehalogenase

А галогидриндегалогеназа является фермент участвует в бактериальный деградация вицинальный галогидрины. У некоторых видов бактерий он катализирует дегалогенирование галогидринов с образованием соответствующих эпоксидов.[1] Различные изоформы фермента попадают в одну из трех групп: A, B или C.[2] Галогеназы одного класса генетически похожи, но сильно отличаются от галогеназ из другой группы.[2][3] В настоящее время наиболее изученной изоформой является HheC, очищенная от видов бактерий. Agrobacterium radiobacter.[4] Способность дегалогенировать органические соединения, а также образовывать энантиомерные селективные эпоксиды вызвала интерес к потенциалу этого фермента в биохимической области.[5]

Структура

В настоящее время из трех известных классов галогидриндегалогеназ только два были описаны исследованиями рентгеновской кристаллографии.[6][7] Однако оба этих класса имеют схожую структуру, которую можно описать следующим образом (1):[3] галогидриндегалогеназа имеет структуру тетрамера с симметрией, характерной для димера димеров.[8] Каждая мономерная субъединица состоит из семи альфа-спиралей и девяти бета-листов.[3] Эти мономеры взаимодействуют через две самые длинные альфа-спирали с образованием альфа-спирального пучка с образованием димера. Конечная четвертичная структура образуется, когда два димера взаимодействуют посредством различного набора альфа-спиралей и антипараллельных бета-слоев; Считается, что взаимодействия между бета-слоями представляют собой комбинацию как гидрофобного, так и электростатического притяжения.[8]

На каждую субъединицу мономера приходится примерно один каталитический сайт, что дает в общей сложности четыре возможных каталитических сайта на ферментативном тетрамере. Активный центр состоит из каталитической триады Ser132-Tyr145-Arg149.[3] Остатки серина и тирозина стабилизируют субстрат и его промежуточное соединение, в то время как аргинин изменяет pKa Tyr145, делая его каталитически активным.[8]

Механизм

Галогидриндегалогеназа механически расщепляет связь углерод-галоген посредством образования эпоксида из вицинальной гидроксильной группы.[8][3] Субстрат связывается с активным центром посредством водородной связи, которая координируется Ser132 и депротонированной формой Tyr145. Неспособность депротонировать Tyr145 остатком Arg149 приводит к дестабилизации взаимодействия между ферментом и субстратом, что приводит к снижению биологической активности. Кислород в Tyr145 депротонирует гидроксильную группу субстрата. Депротонированный кислород затем действует как нуклеофил и выполняет реакцию Sn2 на вицинальном углероде, который связан с галогеном; это высвобождает ион галогена и одновременно образует эпоксид. Дегалогеназы также способны катализировать раскрытие цикла эпоксида. Активный центр достаточно велик, чтобы вместить нуклеофил, который может выполнять нуклеофильную атаку на эпоксид, раскрывая эпоксидное кольцо и добавляя новую функциональную группу к субстрату.[8]

Общий механизм действия галогидриндегалогеназ

Что касается геометрии продукта, дегалогеназы класса A и B имеют низкое избирательное предпочтение в отношении (S) -эпоксидного изомера.[9][10] Однако образование изомера (R) -эпоксида, катализируемое ферментами класса C, особенно HHeC, является высоким. В одном исследовании сообщается, что HHeC катализирует (R) -эпоксид до 99% энантиомерного избытка.[8] Однако технология очистки этого фермента и его использования в промышленных масштабах еще не оптимизирована.[11]

Рекомендации

  1. ^ Фаузи AM, Hardman DJ, Bull AT (1996). «Биодегалогенирование низких концентраций 1,3-дихлорпропанола моно- и смешанными культурами бактерий». Appl Microbiol Biotechnol. 46: 660–666. Дои:10.1007 / s002530050877.
  2. ^ а б ван Хилькама Влиг Дж. Э., Тан LX, Лютье Спелберг Дж. Х., Смилда Т., Поеларендс Дж. Дж., Босма Т., ван ван Мерод А. Е., Фраайе М. В., Янссен Д. Б. (2001). «Галогидриндегалогеназы структурно и механически связаны с короткоцепочечными дегидрогеназами / редуктазами». J Бактериол. 183: 5058–5066. Дои:10.1128 / jb.183.17.5058-5066.2001.
  3. ^ а б c d е Ю З.Й., Лю Ц.и., Чжэн Ю.Г. (2013). «Свойства и биотехнологические применения галогидриндегалогеназ: современное состояние и перспективы на будущее». Appl Microbiol Biotechnol. 97: 9–21. Дои:10.1007 / s00253-012-4523-0.
  4. ^ http://www.rug.nl/research/biotransformation-biocatalysis/research/biodegr
  5. ^ Цой WJ, Цой CY (2005). «Производство хиральных эпоксидов: энантиоселективный гидролиз, катализируемый эпоксидгидролазой». Биотехнология Биопроцесс. 10: 167–179. Дои:10.1007 / bf02932009.
  6. ^ де Йонг Р. М., Розебум Х. Дж., Калк К. Х., Тан LX, Янссен Д. Б., Дейкстра Б. В. (2002). «Кристаллизация и предварительный рентгеновский анализ энантиоселективной галогидриндегалогеназы из Agrobacterium radiobacter AD1». Acta Crystallogr D. 58: 176–178. Дои:10.1107 / s0907444901019618.
  7. ^ де Йонг Р. М., Калк К. Х., Тан Л., Янссен Д. Б., Дейкстра Б. В. (2006). «Рентгеновская структура галогеналкогольдегалогеназы HheA из штамма AD2 Arthrobacter sp.: Понимание энантиоселективности и связывания галогенидов в семействе галогеналкогольдегалогеназ». J Бактериол. 188: 4051–4056. Дои:10.1128 / jb.01866-05.
  8. ^ а б c d е ж де Йонг Р.М., Тиесинга Дж. Дж., Розебум Х. Дж., Калк К. Х., Тан Л., Янссен Д. Б., Дейкстра Б. В. (2003). «Структура и механизм бактериальной галогеналкогольдегалогеназы: новая вариация укладки короткоцепочечной дегидрогеназы / редуктазы без сайта связывания NAD (P) H». EMBO J. 22: 4933–4944. Дои:10.1093 / emboj / cdg479. ЧВК  204463.
  9. ^ Тан LX, Чжу XC, Чжэн Х.Й., Цзян RX, Еленков М.М. (2012). «Ключевые остатки для контроля энантиоселективности галогидриндегалогеназы из штамма AD2 Arthrobacter sp., Выявленные структурно-управляемой направленной эволюцией». Appl Environ Microbiol. 78: 4051–4056. Дои:10.1128 / AEM.06586-11. ЧВК  3318787. PMID  22327597.
  10. ^ Еленков М.М., Хауэр Б., Янссен ДБ (2006). «Энантиоселективное раскрытие цикла эпоксидов с цианидом, катализируемое галогидриндегалогеназами: новый подход к нерацемическим β-гидроксинитрилам». Расширенный синтез и катализ. 348: 579–585. Дои:10.1002 / adsc.200505333.
  11. ^ Assis HM, Sallis PJ, Bull AT, Hardman DJ (1998). «Биохимическая характеристика галогеналкогольной дегалогеназы из Arthrobacter erithii H10a. Фермент». Ферментный микроб Технол. 22: 568–574. Дои:10.1016 / s0141-0229 (97) 00254-8.

внешняя ссылка