4-hydroxibensoat 3-monooxygenas
| Identifierare för | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 4-hydroxibensoat 3-monooxygenas | |||||||||
 Kristallstruktur av 4-hydroxibensoat 3-monooxygenas
| |||||||||
| EG nr. | 1.14.13.2 | ||||||||
| CAS-nr. | 9059-23-8 | ||||||||
| Databaser | |||||||||
| IntEnz | IntEnz-vy | ||||||||
| BRENDA | BRENDA inträde | ||||||||
| ExPASy | NiceZyme-vy | ||||||||
| KEGG | KEGG inträde | ||||||||
| MetaCyc | Metabolisk väg | ||||||||
| PRIAM | profil | ||||||||
| PDB- strukturer | RCSB PDB PDBe PDB summa | ||||||||
| Genontologi | AmiGO / QuickGO | ||||||||
| |||||||||
Enzymet 4-hydroxibensoat-3-monooxygenas , även kallat para-hydroxibensoat-hydroxylas (PHBH), är ett flavoprotein som tillhör familjen oxidoreduktaser . Specifikt är det ett hydroxylas och är ett av de mest studerade enzymerna och katalyserar reaktioner involverade i markavgiftning, metabolism och andra biosyntetiska processer.
4-hydroxibensoat 3-monoygenas katalyserar den regioselektiva hydroxyleringen av 4-hydroxibensoat , vilket ger 3,4-dihydroxibensoat som produkt. Mekanismen består av följande allmänna steg: (1) reduktion av flavinet , (2) reaktion av flavinet med O 2 , som producerar C4a-hydroperoxiflavin, och (3) bindning och aktivering av substratet, vilket leder till produktbildning och frisättning . Under hela mekanismen växlar flavinet mellan "öppna" och "stängda" konformationer , vilket förändrar substratets reaktionsmiljö. Den öppna konformationen tillåter lösningsmedelsåtkomst till det aktiva stället; enzymet antar denna konformation för substratbindning och produktfrisättning. En sluten konformation isolerar reaktionen från lösningsmedel, vilket hjälper till att stabilisera reaktionsmellanprodukterna.
Strukturera
4-hydroxibensoat 3-monooxygenas är en homodimer med en flavin bunden till varje monomer . Det aktiva stället består av flavinet och aminosyrorna på monomeren. Strukturen av detta enzym tjänar ofta som en modell för struktur-reaktivitets ömsesidigt beroende av andra flavinberoende hydroxylaser. Det aktiva stället begränsar potentiella substrat till substituerade bensener, nämligen 4-hydroxibensoat (det naturliga substratet), 2,4-dihydroxibensoat , 4-merkaptobensoat och flera halogenerade aromatiska föreningar.
Mekanism
Hydroxylaset, 4-hydroxibensoat 3-monooxygenas , fortsätter genom en katalytisk process som börjar med att NADPH och 4-hydroxibensoat (det naturliga substratet ) kommer in i enzymets aktiva plats. Detta resulterar i bildning av ett enzym-flavin-substrat-NADPH-komplex, varefter flavinkofaktorn, FAD , reduceras av NADPH. NADP + försvinner och O 2 kommer in i komplexet, följt av oxidation av flavinet för att bilda en hydroperoxid, som fungerar som hydroxidöverföringsreagens. Det är viktigt att notera att även om den överförda gruppen kallas hydroxid, är den formellt en OH + -grupp. Denna hydroxid överförs till substratet från hydroperoxiden flavin, flavin-C4a-hydroperoxid, via en reaktion av elektrofil aromatisk substitutionstyp . Slutligen kommer produkten ut ur komplexet och hydroxi-flavinet dehydreras, vilket regenererar FAD och tillåter processen att upprepas.
Substratet binder i enzymets aktiva ställe via icke-kovalenta interaktioner med proximala aminosyrasidokedjor. Specifikt interagerar hydroxylgrupperna i tyrosin 201 och 222, förutom hydroxylgruppen i serin 212, med karboxylatet och hydroxylgruppen på substratet. Detta möjliggör korrekt orientering inom det aktiva stället för att uppnå reaktivitet.
När substratet är bundet skiftar flavinet från en "öppen" till en "stängd" konformation. Detta skyddar det aktiva stället och substratet från lösningsmedel, vilket förhindrar för tidig nedbrytning av flavinhydroperoxiden. Bindning av både NADPH och substrat flyttar enzymet till en "ut" konformation. Detta sker genom ett intrikat protonnätverk inom enzymet som möjliggör deprotonering av fenolen och en efterföljande dynamisk förskjutning av enzymet. Den "ut" konformationen anpassar isoalloxazinringen av flavinet så att den snabbt kan reduceras av NADPH. Efter reduktionen frisätts NADP + från enzymet.
Reduktion av flavinet genererar en negativt laddad art, FADH − , som attraheras till det positivt laddade aktiva stället. Denna attraktion flyttar flavinen tillbaka till den "slutna" konformationen, vilket isolerar den från lösningsmedelsmiljön. Denna isolering ger en optimal miljö och position för O 2 att hydroxylera substratet. Syret binder till FADH - via en enkel elektronöverföring , vilket är det hastighetsbegränsande steget i reaktionen. Detta bildar en FAD-radikal och flavinhydroperoxid. Reaktion mellan dessa genererar C4a-peroxiflavin, som snabbt protoneras för att bilda flavin-C4a-hydroperoxid. Tautomerisering leder till bildning av 3,4-dihydroxibensoat. Det sista steget i mekanismen är dissociation av produkten och vattnet från FAD, vilket får flavinet att återgå till den öppna konformationen.
Vidare läsning
- Hosokawa K, Stanier RY (maj 1966). "Kristallisation och egenskaper hos p-hydroxibensoathydroxylas från Pseudomonas putida". Journal of Biological Chemistry . 241 (10): 2453–60. PMID 4380381 .
- Howell LG, Spector T, Massey V (juli 1972). "Rening och egenskaper hos p-hydroxibensoathydroxylas från Pseudomonas fluorescens". Journal of Biological Chemistry . 247 (13): 4340–50. PMID 4402514 .
- Spector T, Massey V (juli 1972). "Studier om effektorspecificiteten för p-hydroxibensoathydroxylas från Pseudomonas fluorescens". Journal of Biological Chemistry . 247 (14): 4679–87. PMID 4402938 .
- Spector T, Massey V (september 1972). "p-Hydroxybenzoate hydroxylas från Pseudomonas fluorescens. Bevis för en syresatt flavin-mellanprodukt". Journal of Biological Chemistry . 247 (17): 5632–6. PMID 4403446 .
- Spector T, Massey V (november 1972). "p-Hydroxybenzoate hydroxylas från Pseudomonas fluorescens. Reaktivitet med syre". Journal of Biological Chemistry . 247 (22): 7123–7. PMID 4404745 .
- Seibold B, Matthes M, Eppink MH, Lingens F, Van Berkel WJ, Müller R (juli 1996). "4-hydroxibensoathydroxylas från Pseudomonas sp. CBS3. Rening, karakterisering, genkloning, sekvensanalys och tilldelning av strukturella egenskaper som bestämmer coenzymspecificiteten" . European Journal of Biochemistry . 239 (2): 469–78. doi : 10.1111/j.1432-1033.1996.0469u.x . PMID 8706756 .
