무콘산유산가수분해효소

Muconate lactonizing enzyme
무콘산시클로이소머라아제
2zad.jpg
무코네이트 시클로이소머라아제 옥타머, 테르모토가 마리티마
식별자
EC 번호5.5.1.1
CAS 번호9023-72-7
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무코네이트 락톤화효소(EC 5.5.1.1, 무코네이트 시클로이소머라아제 I, 시스, 시스-무코네이트 시클로이소머라아제, 시스-시-무코네이트 시클로이소머라아제, 4-카르복시메틸-4-히드록시이소크로토놀락톤 리아제(클라아제, CatB, CatBLE, MCI)토양 미생물에서 β-케토아디페이트 경로의 일부로서 구연산 순환 중간체에 대한 카테퀴이트.몇몇 박테리아 종들은 또한 클로로무콘산 락톤화 효소의 작용에 의해 클로로방향족 화합물을 탈할 수 있다.MLE는 여러 가닥으로 구성되며, 그 가닥의 구성은 [1]양성자를 받아들이는 능력에 영향을 미친다.박테리아 MLE는 엔올라아제 슈퍼패밀리에 속하며,[2][3][4] 몇 가지 구조가 알려져 있다.MLE는 2개의 단백질과 2개의 마그네슘 이온으로 이루어진 식별 구조와 박테리아인지 [5][6]진핵생물인지에 따라 다양한 분류를 가지고 있다.MLE가 겪는 반응 메커니즘은 에놀라트 알파 탄소가 [7]양성자화되는 베타 제거의 반대이다.MLE는 catB 구조 유전자의 결실로 인해 발생하는 돌연변이를 겪을 수 있으며 이는 일부 박테리아가 [8]성장 능력과 같은 기능을 상실하게 할 수 있다.MLEs에 대한 추가적인 돌연변이는 구조와 기능을 변화시키고 배열을 변화시켜 기질을 [1]결합할 수 없는 비활성 효소를 만들 수 있다.만델레이트 라세마제라고 불리는 또 다른 효소는 엔올라아제 슈퍼패밀리의 일부일 뿐만 아니라 구조적으로도 MLEs와 매우 유사합니다.최종 [9][10]생성물에 도달하기 위해 서로 다른 화학 반응을 거치더라도 둘 다 동일한 최종 생성물을 가지고 있습니다.

구조.

무코네이트 락톤화 효소(MLE)의 구조는 7블레이드 베타 프로펠러로 구성되며, 이 프로펠러가 속한 등급의 종류에 따라 다양한 변화를 일으킵니다.MLE에는 세균 MLE, 세균 CMLE 및 진핵 MLE/CMLE의 세 가지 클래스가 있습니다.세균 MLE는 TIM 배럴로 구성되며 Syn 입체화학으로 배열되며 세균 CMLE는 Anti 입체화학으로 배열됩니다.진핵 MLEs/CMLEs는 Syn 입체화학으로 배열된다.진핵생물 MLEs/CMLEs는 다른 효소의 계열과 배열 유사성이 없지만, 박테리아 MLEs는 Enolase 슈퍼패밀리와 유사하며, 박테리아 CMLEs는 Class II 푸마라아제와 [6]유사하다.

구조 자체는 아미노산 사슬과 두 개의 마그네슘 [5]이온인 두 개의 화학 물질로 구성된 두 개의 단백질 분자로 구성됩니다.

기능.

대규모로 MLEs는 식물에서 발견되는 방향족 리그닌을 크렙스 사이클에서 발견되는 중간체로 이화시킴으로써 세균성 β-케토아디페이트 경로를 촉매한다.일부 MLE는 Cl로 할로겐화되어 마이크로베에서 약간 다른 기능을 수행할 수 있습니다.할로겐화 MLEs는 2,4-디클로로페녹시아세테이트의 분해를 가능하게 하는 할로겐화 방향족으로부터 Cl을 제거할 수 있다.이 독특한 기능은 이러한 미생물들이 생물적 정화에 사용될 수 있도록 하여, 제초제가 만연한 [1]토양에서 독성을 감소시킨다.구체적으로는 MLE에는 여러 가닥이 있습니다.양자역학/분자역학(QM/MM) 분석에 따르면 일부 스트랜드에는 더 많은 반응 유리 부분이 포함되어 있습니다.MLE의 두 번째 가닥은 Lys-162 또는 Lys-168에서 양성자 수용을 허용하는 염기성 잔기를 포함하고 있으며, 이는 각각 안티 또는 Syn의 구성에 따라 달라집니다.두 번째 Strand의 염기성 잔류물은 에너지 표면과 여섯 번째 Strand의 형성에 사용된다.마이코박테륨 스메그마티스에서 발견되는 MLE는 항MLEs로 뮤코놀락톤(무콘 락톤)의 항산물을 생성하는 반면, Pseudomonas 형광체는 Syn-MLEs를 사용하여 합성물을 [11]생성한다.

메커니즘과 액션

뮤콘산 락톤화 효소(MLEs)는 만델산 라세마아제(MR)와 반대되는 유형의 반응 메커니즘을 가지고 있으며, 이는 베타 제거의 반대이다.따라서 에놀라트의 알파-카본은 탈양성자화 대신 양성자화된다.하지만 이 양성자화는 열역학적으로 반응에서 유리한 단계이다.또한 MR과 마찬가지로 MLE에서도 에놀라트 중간체 형성이 중심 촉매 문제이므로 속도 제한 공정이다.또한 MLEs는 기질을 부착하여 카르본산염의 친핵성을 증가시켜 락톤을 [11]생성함으로써 촉매작용을 촉진할 수 있다.

동일한 1,2 부가-제거 반응을 촉매하기 위해 뮤콘산염 락톤화 효소 작용.이것은 금속 보조 인자를 사용하거나 사용하지 않고 수행할 수 있습니다.토양 미생물에서 Cis, cis-muconate(기질)는 MLE에 의해 무코놀락톤(제품)으로 변환된다.이 화학 반응은 리그닌과 같은 방향족 화합물을 구연산 순환의 중간물로 분해하는 호기성 이화 경로인 β-케토아디페이트 경로의 일부이다.카테콜 가지는 시스 무콘산 락톤화 효소로 구성되며, 프로토카테히트 가지는 시스 무콘산 락톤화 효소인 카르복시 -cis로 구성된다.두 반응 모두 석신산 + 아세틸 CoA를 형성하며, 이는 구연산 [6]회로로 이어진다.한편 만델산염 레이스마아제 [12]작용은 카르바니온 중간체를 만들어 α-탄소에서의 배치 반전을 촉매한다.

돌연변이

무카노테 락톤화 효소의 돌연변이는 catB 구조 유전자의 결실과 catB [8]및 catC 유전자의 다원성 활성 상실로 인해 발생할 수 있다.프도모나 푸티다라는 이름의 미생물은 뮤콘산수유화효소의 catB 유전자가 결손되어 성장능력을 상실한다. Pseudomona putida(냉감성 돌연변이)는 통상 30℃에서 성장하지만 시스무콘산수유화효소의 돌연변이로 인해 15℃에서도 성장능력이 상실된다.저온에서 돌연변이 효소는 기능을 상실하지 않고, 그 특정 효소를 코드하는 구조 유전자는 [13]그 온도에서 유전자를 발현하는 능력을 상실한다.

또한 돌연변이는 효소의 구조와 기능의 변화를 초래할 수도 있다.뮤콘산 락톤화 효소의 돌연변이에 의해 발생하는 다른 구조는 Cl-muconate 락톤화 효소이다. Cl-muconate 락톤화 효소는 개방과 [1]폐쇄의 두 가지 형태를 가진다.이 돌연변이는 아미노산이 Ser99로 전환되고 수소가 Gly48에 결합한다.이로 인해 발생하는 구조에는 닫힌 활성 사이트가 있습니다.따라서 이러한 muconate 락톤화 효소에서 Cl-muconate 락톤화 효소로 변화함에 따라 활성 부위의 결합능력에 동적 차이가 생긴다.마지막으로 결합능력의 변화는 탈할로겐화 반응을 더 이상 진행시키지 않을 것이다.주목해야 할 한 가지 중요한 측면은 Gly48에서 Thr52로의 구성 변경이 있을 수 없다는 것입니다.이는 Gly48을 교체하면 폴리펩타이드가 꼬일 수 없기 때문입니다.또, Thr52와 Glu50은 [7]수소 결합되어 있다.

뮤콘산 락톤화 효소의 돌연변이에 의한 추가적인 형태 변화는 21-30 루프를 초래할 수 있다.이것은 아미노산 극성의 차이를 보여주기 때문에 활성 부위의 큰 차이로 이어질 수 있습니다.Cl-muconate 젖소화효소에서 Ile19, Met21은 His22(Ile19와 같은 위치)에 비해 무콘산 젖소화효소의 극성이 낮다.따라서 활성 부위의 소수성 코어 구조의 차이가 발생한다.

효소는 기질에 매우 특이적이며 생성물의 형성은 효소-기질 활성에 따라 달라진다.Cl-muconating 효소에 대한 변종 Ser271Ala와 Ile54Val로 이어진 점 돌연변이는 탈할로겐화 [1]활성의 유의미한 감소를 보였다.Asp에서 Asn으로 또는 Glu에서 Gln으로 뮤콘산 락톤화 효소의 돌연변이의 장점 중 하나는 촉매 작용 및 결합 부위에 대한 금속 배위자의 영향을 이해하는 데 도움을 줄 수 있다는 것이다.

무코네이트 락톤화 효소와 만델레이트 라세마제 비교

만델레이트 라세마제는 무코네이트 락토닌화 효소와 강한 관계가 있다.무코네이트 락톤화 효소와 만델레이트 라세마아제는 Pseudomonas putida가 이화작용을 위해 요구하는 다른 화학반응을 촉매하지만 구조적으로 매우 유사하다.Nature International Journal of Science에 따르면, 두 효소 모두 "1차 구조에서 26% 동일"하다.Nature International Journal of Science에 근거해, 이러한 상동 구조의 특징은 공통의 조상으로부터 진화했다고 한다.이 기능은 대사 [9]경로에 대한 효소 활동을 수정하는 데 도움이 됩니다.

페리 A의 효소 메커니즘에 따르면프레이와 덱스터 B.Northrop, Muconate 락톤화 효소 및 Mandelate Racemase는 모두 Enolase 슈퍼 패밀리의 구성원입니다.비록 두 효소가 화학 반응에서 다르더라도, 그들은 알파 탄소로부터 카르본산 이온으로 양성자를 추출하는 데 이르는 동일한 최종 생성물을 가지고 있습니다.이 두 효소의 구조 간 유사성의 장점 중 하나는 조성을 개선하고 [10]반응 속도를 강화하는 데 도움이 될 수 있는 고품질의 구조적 배열을 생성하는 것입니다.

다음 표는 두 효소 간의 유사성을 확인하는 데 도움이 됩니다.

표 1: 유사점[14]
무콘산락톤화효소 만델레이트 라세마세
폼 옥타머 네. 네.
모노머에는 4개의 2차 구조 영역이 있습니다.

1) 베타-곡선

2) Alpha-Helix 번들

3) 8가닥 Alpha/Beta 배럴

4) C 터미널 혼합 도메인

 네. 네.
2가 금속 이온 필요:

1) 고선호도 사이트

2) 저선호도 사이트

 네. 네.
잔류물 E250(E222와 유사) E222(E250과 유사)
잔류물의 종류 글루타민 글루타민
글루타민이 상주하고 그 곁사슬 활성 부위에서 벗어나다 활성 부위에서 벗어나다
액티브 사이트의 공통 기능 양성자를 추출하려면 촉매 염기인 K169(K166과 상동) 또는 K273(D270과 상동)이 필요합니다. 양성자를 추출하려면 촉매 염기인 K166(K169와 상동) 및 D270(K273과 상동)이 필요합니다.
베타 스트랜드 중 하나에 위치한 이화 염기

통을 구성하는 것

 네. 네.
전환 상태 안정화 필요(두 번째)

카르본산소)

 짧고 강한 수소 결합(저장벽 수소 결합)은 E327(E317과 유사)로 전이 상태를 안정화시킵니다. 짧고 강한 수소 결합(저장벽 수소 결합)은 E317(E327과 유사)로 전이 상태를 안정화시킵니다.

유사성이 매우 널리 퍼져 있는 반면, 이 두 효소 사이의 차이는 결정 형태에서 효소의 포장 차이를 이해하는 데 도움이 됩니다.다음 표는 두 효소 간의 차이점을 확인하는 데 도움이 됩니다.

표 2: 차이점[14]
무콘산락톤화효소 만델레이트 라세마세
RMS 편차 171개의 일치 알파 카본의 위치는 2.0Ω이다. 325개의 일치된 α-탄소 위치에서 1.7Ω이다.
옥타머의 회전 불과 2% (136 o 와 139 o)의 차이 3의 인수로 관련된다(265 by 대 84 ))
공간군의 결정 형태 I4 I422
결정의 옥타미어 사이의 접촉 매우 약하다 매우 강한
결정 형태의 서브유닛 수 두명 세개

레퍼런스

  1. ^ a b c d e Kajander T, Lehtiö L, Schlömann M, Goldman A (September 2003). "The structure of Pseudomonas P51 Cl-muconate lactonizing enzyme: co-evolution of structure and dynamics with the dehalogenation function". Protein Science. 12 (9): 1855–64. doi:10.1110/ps.0388503. PMC 2323983. PMID 12930985.
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외부 링크