Bornyldifosfatsyntas
| Bornyldifosfatsyntas (BPPS) | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
 Tecknad bild av kristallstrukturen 1N1B färgad av monomer.
| |||||||||
| Identifierare | |||||||||
| EG nr. | 5.5.1.8 | ||||||||
| CAS-nr. | 72668-91-8 | ||||||||
| 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 | ||||||||
| |||||||||
Inom enzymologi är bornyldifosfatsyntas (BPPS) ( EC 5.5.1.8 ) ett enzym som katalyserar den kemiska reaktionen
- geranyldifosfat (+)-bornyldifosfat
Bornyldifosfatsyntas är involverat i biosyntesen av den cykliska monoterpenoiden bornyldifosfat. Som framgår av reaktionen ovan tar BPPS geranyldifosfat som sitt enda substrat och isomeriserar till produkten, (+)-bornyldifosfat. Denna reaktion kommer från en allmän klass av enzymer som kallas terpensyntaser som cykliserar en universell prekursor, geranyldifosfat, för att bilda olika monocykliska och bicykliska monoterpener. Den biokemiska omvandlingen av geranyldifosfat till cykliska produkter sker i en mängd olika aromatiska växter, inklusive både angiospermer och gymnospermer , och används för olika ändamål som beskrivs i avsnitten nedan. Terpensyntaser som BPPS är de primära enzymerna i bildandet av terpenmetaboliter med låg molekylvikt. Organisationen av terpensyntaser, deras karakteristiska förmåga att bilda flera produkter och reglering som svar på biotiska och abiotiska faktorer bidrar till bildandet av en mångfaldig grupp av terpenmetaboliter. Terpenernas strukturella mångfald och komplexitet genererar en enorm potential för att förmedla interaktioner mellan växt och miljö.
Det systematiska namnet på denna enzymklass är (+)-bornyl-difosfatlyas (decyklisering) . Andra namn i vanlig användning inkluderar bornylpyrofosfatsyntas , bornylpyrofosfatsyntetas , (+)-bornylpyrofosfatcyklas och geranyldifosfatcyklas (tvetydigt) . Detta enzym deltar i monoterpenoidbiosyntes och tillhör familjen isomeraser , särskilt klassen av intramolekylära lyaser.
Mekanism
Som framgår av mekanismen ovan katalyserar bornyldifosfatsyntas cykliseringskaskaden av GPP till (+)-bornyldifosfat. Efter den initiala metallaktiverade difosfatavgången från GPP, isomeriserar molekylen till linalyldifosfat (LPP), vilket sedan möjliggör rotation runt kol-kolbindningen och efterföljande återfästning av PPi- gruppen . Pyrofosfatet stabiliserar sedan cykliseringen in i terpinylkatjonen, och en annan slutlig cyklisering ger 2-bornylkatjonen. Denna katjon neutraliseras sedan av den stereospecifika C-O-bindningsbildningen med den slutliga återanslutningen av pyrofosfat för att skapa den slutliga produkten, BPP. Noggrant övervägande av BPPS-strukturen visar att det aktiva stället, som diskuteras mer i detalj nedan, styr positionerna och konformationerna av substratets isoprenoidfunktionalitet, medan difosfatpositionen förblir väsentligen förankrad i en enda plats och konformation. Sammantaget spelar pyrofosfatet en viktig roll för att stabilisera de karbokater som bildas under cykliseringen på enzymets aktiva plats. Dessa interaktioner och den strategiska positioneringen av pyrofosfat är vad som tros leda till dess endospecifika återfångning i det sista steget av bornylkatjonen.
Enzymstruktur
Bornyldifosfatsyntas är ett homodimert isomeras, där var och en av de två monomererna innehåller två a-spiralformade domäner. I fallet med BPPS katalyserar den C-terminala domänen direkt cykliseringen av geranyldifosfat, som ses i ovanstående reaktionsmekanism, medan den N-terminala domänen fungerar som en byggnadsställning till det aktiva stället för C-terminalen under reaktionen. Den N-terminala domänen bildar liknande a-fat som andra terpencyklaser såsom epiaristolochensyntas och farnesyltransferas . I ligandkomplex, såsom med GPP, stabiliserar bornyldifosfatsyntas komplexet genom multipla vätebindningsinteraktioner, specifikt med aspartatrika motiv. Dessutom kan argininer i N-terminalen spela en stabiliserande roll i det initiala isomeriseringssteget i reaktionskaskaden som diskuteras i avsnittet ovan. Den C-terminala domänen, å andra sidan, innehåller 12 a-helixar, som definierar det hydrofoba aktiva stället där cykliseringen sker. Kritiska aminosyrasegment som finns i den C-terminala domänen är också det som tillåter de erforderliga magnesiummetalljonerna att binda och tillåter den första pyrofosfatfrisättningen. Specifikt åstadkommes detta genom en aspartatrik domän D DIY D som börjar på D351, där den fetstilta representerar resterna som direkt interagerar med magnesiumjonen, belyst på den intilliggande bilden.
I slutet av 2007 har 7 strukturer lösts för denna klass av enzymer, med PDB- accessionskoderna 1N1B , 1N1Z , 1N20 , 1N21 , 1N22 , 1N23 och 1N24 .
Biologisk funktion
Många egenskaper hos växter härrör nästan uteslutande från monoterpen naturliga produkter: växter genererar dessa föreningar för molekylära funktioner i reglering, kommunikation och försvar. Till exempel har terpener ofta en stark lukt och kan skydda växterna som producerar dem från växtätare genom att avskräcka dem och genom att locka till sig rovdjur från dessa växtätare. De monoterpener som hittills karakteriserats avslöjar ett stort antal strukturella och funktionella variationer som kommer från olika monocykliska eller bicykliska skelett. Trots denna strukturella och stereokemiska mångfald härrör alla monoterpener från samma substrat, geranyldifosfat (GPP). Cykliseringen av denna C10-isoprenoid-prekursor genom sekventiella karbokatationsintermediärer, som ses i avsnitten ovan, och katalyseras av metallberoende enzymer: i detta fall cykliserar BPPS GPP till bornyldifosfat. Men den mängd produkter som kommer från endast ett enda substrat hjälper till att dra slutsatsen att denna mångfald är en konsekvens av utvecklingen av variationer i enzymet. Varje olika enzym har ett aktivt ställe som förmedlar intermediärer genom olika cykliseringsvägar, och bildar således otaliga monoterpenoider.
Industriell relevans
Historiskt har aromatiska växter använts för sina behagliga dofter, kulinariska applikationer och terapeutiska potential. Eftersom bornyldifosfatsyntas är avgörande för att bilda aromatiska monoterpenoider i växter, är detta enzym av central industriell relevans. Specifikt, medan de flesta studier fokuserar på BPPS från Salvia officinalis , har det nyligen funnits ett intresse för att studera LaBPPS, bornyldifosfatsyntas från lavendel . Detta intresse härrör från det faktum att lavendel eteriska oljor (EO) av högre kvalitet producerade av några Lavandula angustifolia- varianter är mycket eftertraktade i parfymindustrin . Jämfört med BPPS av Salvia officinalis visade LaBPPS flera skillnader i aminosyrasekvens och de produkter som den katalyserar: i detalj är karbocation -intermediärerna mer stabila i LaBPPS än i vanlig BPPS, vilket leder till en annan effektivitet för att omvandla GPP till BPP. Med tanke på nyheten i LaBPP-upptäckten kommer ytterligare forskning om detta sannolikt att vara till stor nytta för parfym- och doftindustrin.
- Croteau R, Karp F (1979). "Biosyntes av monoterpener: preliminär karakterisering av bornylpyrofosfatsyntetas från salvia (Salvia officinalis) och demonstration av att Geranylpyrofosfat är det föredragna substratet för cyklisering". Båge. Biochem. Biofys . 198 (2): 512–22. doi : 10.1016/0003-9861(79)90526-5 . PMID 42356 .
