Maleat-isomeras
| Maleat-isomeras | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
 Maleat-isomeras från Pseudomonas putida
| |||||||||
| Identifiers | |||||||||
| EG nr. | 5.2.1.1 | ||||||||
| CAS-nr. | 9023-74-9 | ||||||||
| 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 ett maleat-isomeras ( EC 5.2.1.1 ), eller maleat-cis-tran-isomeras, en medlem av Asp/Glu- racemas -superfamiljen som upptäckts i bakterier. Det är ansvarigt för att katalysera cis-trans-isomerisering av C2-C3-dubbelbindningen i maleat för att producera fumarat , som är en kritisk mellanprodukt i citronsyracykeln . Förekomsten av en exogen merkaptan krävs för att katalys ska ske.
Maleat-isomeras deltar i butanoatmetabolism och nikotinat- och nikotinamidmetabolism . Det är ett viktigt enzym för det sista steget i metabolisk nedbrytningsväg av nikotinsyra . På senare tid har maleat-isomeras varit ett industriellt mål för nedbrytning av tobaksavfall. Det har också fått uppmärksamhet för sitt engagemang i asparaginsyra och maleinsyraproduktion .
Maleat-isomeras har använts av flera bakteriearter, inklusive Pseudomonas fluorescens , Alcaligenes faecalis , Bacillus stearothermophilus , Serratia marcescens , Pseudomonas putida och Nocardia farcinica . Enzymet har en molekylvikt på 74 000 och ett omsättningstal på 1 800 mol per mol protein per min.
Strukturera
Analogt med andra Asp/Glu-racemasmedlemmar bildas maleat-isomeras av två identiska protomerer , med en platt dimeriseringsyta. Varje protomer av maleat-isomeras har två domäner förbundna med en pseudo-tvåfaldig symmetri, där varje domän bidrar med ett katalytiskt cystein, vilket är avgörande för isomerasaktiviteten på det aktiva stället. Experiment visar att substitution av endera cysteinet med serin signifikant minskar enzymets reaktionshastighet.
Förutom katalytiska cysteiner är några andra rester på det aktiva stället viktiga för att känna igen substratet och hjälper till att stabilisera reaktionsintermediärer. Till exempel använder maleat-isomeras från Pseudomonas putida S16 Asn17 och Asn169 bildar vätebindningar med karboxylatgruppen i maleatet distalt om Cys82. Tyr139 vätebinder med karboxylatgruppen i maleatet proximalt till Cys82. Pro14 och Val84 gör van der Waals interaktioner med C2- och C3-kolatomerna i maleatet.
Mekanism
Mekanismen för maleat-isomeras anses likna andra Asp/Glu-racemasmedlemmar, även om den inte helt har förståtts. En föreslagen reaktionsmekanism för Nocardia farcinia maleat-isomeras är följande. Vid det aktiva stället för maleat-isomeras deprotoneras Cys76 först för att lättare fungera som en nukleofil. Svavelatomen i den deprotonerade Cys76 bär sedan en direkt nukleofil attack mot C2-atomen i maleatet, och binder kovalent till C2-atomen. Samtidigt överförs tiolprotonen av Cys194 till C3-atomen i maleatet för att bilda en succinyl-cystein-mellanprodukt. Den nybildade C2-C3-enkelbindningen roteras sedan, med Cys76S-C2-bindningen dissocierad och C3-atomen i maleatet deprotonerad av Cys194, vilket bildar fumarat med regenerering av en neutral Cys194. I vissa typer av bakterier verkar maleat helt begravt i maleat-isomerasets hålrum och kan inte ses på enzymets yta.
Industriell relevans
Maleat-isomeras kan användas för att producera fumarsyra, ett viktigt byggstensmaterial för polymerisations- och förestringsreaktioner , från isomeriseringen av maleinsyra. Maleinsyra framställs av maleinsyraanhydrid .
Maleinsyra kan också omvandlas till fumarsyra genom termisk eller katalytisk cis - trans -isomerisering. Dessa omvandlingsmetoder sker emellertid vid höga temperaturer som orsakar bildning av biprodukter från malein- och fumarsyror, som ett resultat av att utbytena är under jämviktsutbytena. Detta problem var huvudmotiveringen för den alternativa enzymatiska strategin med maleat-isomeras som skulle underlätta isomerisering utan biprodukter.
Det är känt att naturligt maleatisomeras är instabilt även vid måttliga temperaturer. Av den anledningen konstrueras och appliceras värmestabila maleatisomeraser. användes termostabila maleatisomeraser härledda från Bacillus stearothermophilus, Bacillus brevis och Bacillus sporothermodurans för att förbättra processen. I en studie med Pseudomonas alcaligenes XD-1 kunde omvandlingshastigheten från maleinsyra till fumarsyra uppnås så hög som 95 %.
