Неопуллуланаза - Neopullulanase
Неопуллуланаза | |||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Вид Thermoactinomyces vulgaris неопулулланаза с димерной структурой.[1] | |||||||||
Идентификаторы | |||||||||
Номер ЕС | 3.2.1.135 | ||||||||
Количество CAS | 119632-58-5 | ||||||||
Базы данных | |||||||||
IntEnz | Просмотр IntEnz | ||||||||
БРЕНДА | BRENDA запись | ||||||||
ExPASy | Просмотр NiceZyme | ||||||||
КЕГГ | Запись в KEGG | ||||||||
MetaCyc | метаболический путь | ||||||||
ПРИАМ | профиль | ||||||||
PDB структуры | RCSB PDB PDBe PDBsum | ||||||||
|
Неопуллуланаза (EC 3.2.1.135, пуллуланаза II) является фермент из альфа-амилаза семья с систематическое название пуллулан-4-D-глюканогидролаза (панозообразующая).[2] Этот фермент в основном катализирует следующее химическая реакция путем расщепления альфа-1,4-глюкозидных связей пуллулана:
- Гидролиз пуллулан паноза (6-альфа-D-глюкозилмальтоза)
Разрушение альфа-1,4- и альфа-1,6-глюкозидных связей промежуточных продуктов, продуцируемых в дополнение к панозе, генерирует дополнительные количества панозы вместе с некоторыми мальтоза и глюкоза.[2]
Структура
Неопуллуланаза - это димер идентичных мономерные субъединицы, каждый с четырьмя доменами (N, A, B, C), которые являются высококонсервативными с другими гидролазами крахмала, а именно с альфа-амилазой, пуллуланаза, цикломальтодекстрин глюканотрансфераза, и фермент разветвления 1,4-альфа-D-глюкана (также известный как фермент разветвления гликогена ).[3] Как и эти ферменты, каждый мономер содержит активный сайт на карбоксильном конце в пределах ТИМ ствол (также известный как альфа / бета-баррель), складчатая структура альфа / бета-белка, состоящая из восьми параллельных бета-цепей, соединенных восемью внешними альфа-спиралями.[1]
Этот консервативный структурный домен, по оценкам, встречается примерно в 10% всех белков и может эволюционно связывать неопуллуланазу и аналогичные гидролазы крахмала с гораздо более крупным семейством ферментов, хотя общее происхождение домена обсуждается из-за отсутствия убедительных доказательств. гомология последовательностей.[4]В неопуллуланазе цилиндр расположен в домене А с его активным сайтом, охватывающим домен А одного мономера с доменом N другого мономера. Это приводит к более узкому активному центру, чем другие ферменты альфа-амилазы, которые не димеризуются, и, вероятно, способствует их способности гидролизовать как альфа-1,4-, так и альфа-1,6-глюкозидные связи.[5]
Механизм
Гидролиз пуллулана до панозы катализируется тремя аминокислота остатки в активном центре неопуллуланазы, которые расщепляют гликозидную связь: один глутамат и два аспартаты.[6] Гликозидный кислород сначала протонируется карбоксильная группа остатка глутамата (TAA Glu-230) посредством катализа общей кислотой. Затем атом углерода C1 пуллулана подвергается атаке нуклеофильного остатка аспартата (TAA Asp-206). В карбоксилат группа второго остатка аспартата (TAA Asp-297) депротонирует соседнюю молекулу воды с образованием гидроксид-ион который гидроксилирует у атома углерода С1. В качестве альтернативы возможно, что эта реакция согласована с удаленным гликозидным кислородом, протонированным, чтобы вызвать гидроксилирование.
Три остатка, ответственные за катализ неопуллуланазы, неизменно присутствуют в ферментах семейства альфа-амилаз.[6] Мутация этих остатков в неопуллуланазе приводит к полной потере ферментативной активности.
В то время как большинство ферментов альфа-амилазы расщепляют только альфа-1,4-связи в своих субстратах, неопуллуланаза дополнительно расщепляет альфа-1,6-связи.[6] Считается, что помимо узости активного сайта, обусловленной димерной структурой фермента, этой дополнительной функциональности способствуют два гистидин остатки (TAA His-122 и TAA His-296), которые взаимодействуют с гликан связь, подлежащая расколу. Поскольку эти гистидины присутствуют в других ферментах альфа-амилазы, считается, что функциональное различие возникает из-за разницы в вкладах энергии стабилизации переходного состояния от боковых цепей соседних остатков, которые варьируются от фермента к ферменту.
Это делает возможным многоступенчатое расщепление пуллулана неопуллуланазой. Фермент сначала селективно гидролизует альфа-1,4-глюкозидные связи на невосстанавливающей стороне альфа-1,6-глюкозидных связей пуллулана, образуя панозу и промежуточные соединения, содержащие панозу. Затем эти промежуточные продукты гидролизуют свои альфа-1,4- и альфа-1,6-глюкозидные связи с образованием дополнительной панозы вместе с меньшими количествами мальтозы и глюкозы.
Биологическая функция
Пуллулан, производимый из крахмала, является полисахарид полимер состоящий из повторения мальтотриоза единицы. Обеспечивает защитный эффект от клеточного высыхание в средах с низкой влажностью.[7]
Присутствие неопуллуланазы позволяет клеткам перерабатывать ненужный или избыточный пуллулан, расщепляя его на панозу, мальтозу и глюкозу, которые затем могут быть преобразованы обратно в крахмал или использованы для производства энергии.
Промышленное значение
Хотя в настоящее время не используется ни в каких промышленных процессах, метод производства изомальтоолигосахарид сироп с использованием Bacillus stearothermophilus была предложена неопуллулаза, использующая способность неопуллулазы катализировать гидролиз альфа-1-6-глюкозидных связей разветвленных олигосахаридов.[8] Хотя сироп изомальтоолигосахарида в основном используется в качестве источника пищевых волокон, он также используется в качестве низкокалорийного подсластителя, который может уменьшить образование зубного налета, если присутствует вместо сахарозы.[9]
Этот процесс проще, чем распространенный в настоящее время промышленный процесс, который состоит из нескольких этапов с участием четырех ферментов (альфа-амилазы, пуллуланазы, бета-амилаза, и альфа-D-глюкозидаза ) и достигает только 40% выхода изомальтоолигосахаридов из крахмала. Когда иммобилизованную неопуллуланазу погружают в забуференный раствор крахмала и инкубируют, раствор изомальтоолигосахаридов дает выход чуть более 40%. Для дальнейшего повышения выхода примерно до 60%, что считается настолько низким, поскольку неопуллуланаза гидролизует крахмал менее эффективно, чем пуллунан и другие олигосахариды, осахаривая альфа-амилазу, полученную из Bacillus subtilis может быть добавлен в раствор.[8]
Смотрите также
- EC 3.2.1.41, пуллуланаза
- EC 3.2.1.57, изопуллуланаза
Рекомендации
- ^ а б Отаки, А; Мизуно, М; Тонозука, Т; Сакано, Y; Камитори, S (2004). «Сложные структуры альфа-амилазы 2 Thermoactinomyces vulgaris R-47 с акарбозой и циклодекстринами демонстрируют механизм распознавания нескольких субстратов». J Biol Chem. 279 (30): 31033–40. Дои:10.1074 / jbc.M404311200. PMID 15138257.
- ^ а б Иманака Т., Курики Т. (январь 1989 г.). «Схема действия неопуллуланазы Bacillus stearothermophilus на пуллулан». Журнал бактериологии. 171 (1): 369–74. Дои:10.1128 / jb.171.1.369-374.1989. ЧВК 209598. PMID 2914851.
- ^ Таката, H; Курики, Т; Окада, S; Такесада, Y; Иидзука, М; Minamiura, N; Иманака, Т. (1992). «Действие неопуллуланазы. Неопуллуланаза катализирует как гидролиз, так и трансгликозилирование по альфа- (1 ---- 4) - и альфа- (1 ---- 6) -глюкозидным связям». J Biol Chem. 267 (26): 18447–52. PMID 1388153.
- ^ Мадан Бабу, М. «Анализ ствола TIM». MRC Лаборатория молекулярной биологии. Университет Анны. Получено 5 марта 2018.
- ^ Хондо Х., Курики Т., Мацуура Й. (7 февраля 2003 г.). «Трехмерная структура и связывание субстрата неопуллуланазы Bacillus stearothermophilus». Молекулярная биология растений. Журнал молекулярной биологии, том 326, выпуск 1, стр 177-188. 25: 141–157. Дои:10.1007 / BF00023233.
- ^ а б c d Свенссон, Берт (май 1994). «Белковая инженерия в семействе α-амилазы: каталитический механизм, субстратная специфичность и стабильность». Молекулярная биология растений. 25 (2): 141–157. Дои:10.1007 / BF00023233.
- ^ Рем Б.Х.А. (2009). Микробиологическое производство биополимеров и предшественников полимеров. Caister Academic Press. п. 230.
- ^ а б Курики, Т; Янасэ, М; Таката, H; Такесада, Y; Иманака, Т; Окада, S (1993). «Новый способ производства сиропа изомальтоолигосахарида с использованием реакции трансгликозилирования неопуллуланазы». Appl Environ Microbiol. 59 (4): 953–9. ЧВК 202222. PMID 16348919.
- ^ Минами, Т; Мики, Т; Fujiwara, T; Кавабата, Шигетада; Идзумитани, А; Ooshima, T; Собуэ, S; Хамада, Шериф (1989). «[Вызывающая кариес активность изомальтоолигосахара (ИМОС) в экспериментах in vitro и на крысах]. Сёни сикагаку засси». Японский журнал педодонтии. 27: 1010–7.
внешняя ссылка
- Неопуллуланаза в Национальной медицинской библиотеке США Рубрики медицинской тематики (MeSH)