Muconate laktoniserande enzym

Mukonat cykloisomeras
Mukonat cykloisomeras oktamer, Thermotoga maritima
Identifierare
EG nr.	5.5.1.1
CAS-nr.	9023-72-7
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
Sök PMC artiklar PubMed artiklar NCBI proteiner

Mukonatlaktoniserande enzymer ( EC 5.5.1.1 , mukonatcykloisomeras I , cis,cis-mukonatlaktoniserande enzym , cis,cis-mukonatcykloisomeras , 4 - karboximetyl-4-hydroxiisokrotonolaktonlyas (decyklisering, MCI2, M,B, cykliserande, M,B , M , B , cykloiserande ) -dihydro-5-oxofuran-2-acetatlyas (decyklisering)) är involverade i nedbrytningen av ligninhärledda aromater, katekol och protokatekuat , till citronsyracykelintermediärer som en del av β-ketoadipatvägen i jordmikrober. Vissa bakteriearter är också kapabla att dehalogenera kloroaromatiska föreningar genom inverkan av klormukonatlaktoniserande enzymer. MLEs består av flera strängar som har varierande reaktionsgynnsamma delar, därför påverkar strängarnas konfiguration dess förmåga att acceptera protoner. De bakteriella MLEs tillhör superfamiljen enolas , från vilka flera strukturer är kända. MLE har en identifierande struktur som består av två proteiner och två magnesiumjoner samt olika klasser beroende på om det är bakteriellt eller eukaryot. Reaktionsmekanismen som MLE genomgår är det omvända till beta-eliminering där enolatet alfa-kol protoneras. MLE kan genomgå mutationer orsakade av en deletion av catB strukturella gener som kan få vissa bakterier att förlora sina funktioner såsom förmågan att växa. Ytterligare mutationer till MLEs kan få dess struktur och funktion att förändras och kan få konformationen att förändras, vilket gör det till ett inaktivt enzym som inte kan binda till sitt substrat. Det finns ett annat enzym som heter Mandelate Racemase som är mycket likt MLEs på det strukturella sättet, liksom att de båda är en del av superfamiljen enolas. De har båda samma slutprodukt trots att de genomgår olika kemiska reaktioner för att nå slutprodukten.

Strukturera

Strukturen av Muconate laktoniserande enzymer (MLE) består av en sjubladig betapropeller med olika modifieringar baserat på vilken typ av klass den tillhör. Det finns tre klasser av MLEs, de är de bakteriella MLEs, bakteriella CMLEs och eukaryota MLEs/CMLEs. Bakterie-MLEs består av ett TIM-rör och är ordnade i Syn-stereokemin, medan de bakteriella CMLEs är ordnade i Anti-stereokemin. När det gäller eukaryota MLEs/CMLEs är de ordnade i Syn-stereokemin. Eukaryota MLEs/CMLEs har inte haft en sekvenslikhet med några andra familjer av enzymer, men bakteriens MLE har visat sig likna superfamiljen Enolase, och de bakteriella CMLEs liknar fumaraserna av klass II.

Själva strukturen består av två proteinmolekyler som består av en kedja av aminosyror och två kemikalier som är de två magnesiumjonerna.

Fungera

I stor skala katalyserar MLE de bakteriella β-ketoadipatvägarna genom att katabolisera aromatiskt lignin som finns i växter till intermediärer som finns i Krebs-cykeln. Vissa MLE kan halogeneras med Cl och utföra något olika funktioner i mikroben. Halogenerade MLE kan avlägsna Cl från halogenerade aromater vilket möjliggör nedbrytning av 2,4-diklorfenoxiacetat. Denna unika funktion gör att dessa mikrober kan användas i biosanering, vilket minskar toxiciteten i herbicidangripen jord. Mer specifikt har MLEs flera strängar. Vissa strängar innehåller mer reaktionsgynnsamma delar enligt kvantmekanik/molekylär mekanik ( QM/MM) analys. Den andra strängen av MLE innehåller en basisk rest som tillåter protonacceptans på Lys-162 eller Lys-168 beroende på vilken konfiguration den är i, anti- respektive syn. Det stöds att de grundläggande resterna på den andra strängen används vid bildandet av en energiyta kontra den sjätte strängen. MLEs som finns i Mycobacterium smegmatis är anti-MLEs vilket betyder att de producerar en antiprodukt av muconolakton (mukonatlakton) medan Pseudomonas fluorescens använder syn-MLEs för att producera en syn-produkt.

Mekanism och handling

Mukonatlaktoniserande enzymer (MLE) har motsatt typ av reaktionsmekanism jämfört med Mandelate-racemas (MR), det är det omvända till beta-eliminering. Därför blir ett alfa-kol av enolatet protonerat istället för deprotonerat. Men denna protonering är ett termodynamiskt gynnsamt steg i reaktionen. Likaså, precis som i MR, är bildandet av enolatintermediären fortfarande det centrala katalytiska problemet i MLEs och är därför det hastighetsbegränsande steget. Dessutom kan MLE underlätta katalys genom att fästa substratet och därför öka nukleofilicitet hos karboxylatet för att producera lakton.

Muconate laktoniserande enzym verkar för att katalysera samma 1,2 addition-elimineringsreaktion. Detta kan göras med eller utan en metallkofaktor. I markmikroberna Cis omvandlas cismukonater (substrat) till mukonolaktoner (produkt) av MLE. Denna kemiska reaktion är en del av β-ketoadipat-vägen, en aerob katabolisk väg, som bryter ner aromatiska föreningar som lignin till en intermediär i citronsyracykeln. β-ketoadipatvägen har två huvudgrenar: 1) katekolgren och 2) protokatekuatgren. Katekolgren består av cis, cismukonat laktoniserande enzym , medan en protokatekuatgren består av karboxi- cis, cis-mukonat laktoniserande enzym. Båda reaktionerna bildar succinat + acetyl CoA, som leder in i citronsyracykeln. Å andra sidan Mandelate racemase för att katalysera inversionen av konfigurationen vid alfa-kolet genom att skapa en karbanjonisk mellanprodukt.

Mutation

Mutationen i Mucanote laktoniserande enzym kan orsakas på grund av deletionen i catB- strukturgenen och förlust av pleiotropa aktiviteter av både catB- och catC -genen. En mikroorganism som heter Pseudomona putida förlorar sin förmåga att växa på grund av raderingen i catB -genen för mukonat laktoniserande enzym. Pseudomona putida (en förkylningskänslig mutant) växer normalt vid 30 grader C, men på grund av resultatet i mutationen av cis, cis-mukonat laktoniserande enzym, förlorar den sin förmåga att även växa vid 15 grader C. Vid den låga temperaturen, mutant enzym förlorar inte sin funktion, snarare förlorar den strukturella genen som kodar för det specifika enzymet sin förmåga att uttrycka sin gen vid den temperaturen.

Dessutom kan mutation också leda till förändringar i enzymets struktur och funktion. Den annorlunda strukturen som resulterar av mutationen i det muconate laktoniserande enzymet är Cl-muconate laktoniserande enzym. Cl-mukonat laktoniserande enzym har två typer av konformationer: öppen och stängd. Mutationen resulterar i att en aminosyra byts till Ser99 och den binder väte till Gly48. Strukturen som resulterar på grund av detta har en stängd aktiv webbplats. Därför resulterar denna förändring från mukonat laktoniserande enzym till Cl-mukonat laktoniserande enzym i dynamiska skillnader i bindningsförmågan hos det aktiva stället. Slutligen kommer en förändring i bindningsförmågan inte att låta reaktionen av dehalogenering fortsätta längre. En viktig aspekt att notera är att det inte kan ske en konformationsförändring i Gly48 till Thr52. Detta beror på att polypeptiden inte kommer att kunna vrida sig om Gly48 ersattes. Thr52 och Glu50 är också vätebundna tillsammans.

Ytterligare förändring i konformationen på grund av mutationen av muconate laktoniserande enzym kan resultera i en 21-30 loop. Detta kan leda till en stor skillnad i de aktiva platserna eftersom det visar skillnaden i polariteten hos en aminosyra. I Cl - muconate laktoniserande enzym är Ile19 och Met21 mindre polära jämfört med His22 (samma position som Ile19) för mukonat laktoniserande enzym . Följaktligen resulterar detta i skillnaden i den hydrofoba kärnstrukturen på det aktiva stället.

Enzymer är mycket specifika för sina substrat och bildningen av produkten är beroende av enzym-substrataktiviteten. Punktmutationen som resulterade i varianterna, Ser271Ala och Ile54Val, för Cl-mukonerande enzym visade en signifikant minskning av dehalogeneringsaktiviteten. En fördel med mutationen i mukonat laktoniserande enzym från Asp till Asn eller från Glu till Gln är att det kan hjälpa till att förstå effekten av metallliganden på den katalytiska processen och bindningsstället.

Jämförelse mellan Muconate Lactonizing Enzymes och Mandelate Racemase

Mandelate Racemase har en stark relation till Muconate Lactonizing Enzymes. Även om Muconate laktoniserande enzym och Mandelate Racemase katalyserar olika kemiska reaktioner som krävs av Pseudomonas putida för de katabola processerna, är de strukturellt mycket lika varandra. Enligt Nature International Journal of Science är båda enzymerna "26% identiska i sin primära struktur." Baserat på Nature International Journal of Science, sägs denna egenskap hos homolog struktur ha utvecklats från en gemensam förfader. Denna funktion hjälper till att modifiera de enzymatiska aktiviteterna för de metaboliska vägarna.

Enligt boken, Enzymatic Mechanism , av Perry A. Frey och Dexter B. Northrop, är Muconate lactonizing enzymes och Mandelate Racemase båda medlemmar i enolas superfamilj. Även om båda enzymerna är olika i sina kemiska reaktioner, har de båda samma slutprodukt som leder till att en proton extraheras från ett alfakol till en karboxylatjon. En av fördelarna med likheterna mellan strukturen hos dessa två enzymer är att generera en högkvalitativ strukturell anpassning som kan hjälpa till att förbättra deras sammansättning och stärka reaktionshastigheten.

Följande tabell hjälper till att identifiera några av likheterna mellan de båda enzymerna:

Tabell 1: Likheter

	Muconate laktoniserande enzymer	Mandelate Racemase
Forma oktamerer	Ja	Ja
Monomer har 4 regioner med sekundära strukturer: 1) En Beta- meander 2) En Alpha-helix-bunt 3) En åtta-strängad Alpha/Beta Barrel 4) en C-terminal blandad domän	Ja	Ja
Kräv en tvåvärd metalljon på: 1) Webbplats med hög affinitet 2) Webbplats med låg affinitet	Ja	Ja
Rester	E250 (analogt med E222)	E222 (analogt med E250)
Typ av rester	Glutamin	Glutamin
Glutamin finns och dess sidokedjor	Böjer sig bort från den aktiva platsen	Böjer sig bort från den aktiva platsen
Vanliga funktioner på den aktiva sidan	Kräver en katalytisk bas, K169 (homolog med K166) eller K273 (homolog med D270), för att extrahera en proton	Kräver en katalytisk bas, K166 (homolog med K169) och D270 (homolog med K273), för att extrahera en proton
Kataboliska baser placerade på en av beta-strängarna som utgör fatet	Ja	Ja
Kräver stabilisering av övergångstillstånd (den andra karboxylat syre)	En kort, stark vätebindning (en lågbarriärvätebindning) stabiliserar övergångstillståndet med E327 (analogt med E317)	En kort, stark vätebindning (en lågbarriärvätebindning) stabiliserar övergångstillståndet med E317 (analogt med E327)

Även om likheterna är mycket utbredda tjänar skillnaden mellan dessa två enzymer till att förstå skillnaderna i förpackningen av enzymet i kristallform. Följande tabell hjälper till att identifiera några av skillnaderna mellan de båda enzymerna:

Tabell 2: Skillnader

	Muconate laktoniserande enzymer	Mandelate Racemase
RMS-avvikelse	i positionen 171 är matchat alfakol 2,0 Å	i positionen för 325 matchade a-kol är 1,7 Å
Rotation av oktamererna	skiljer sig endast med 2 % (136 Å mot 139 Å)	relaterad med en faktor 3 (265 Å vs. 84 Å)
Kristallform i rymdgrupp	I4	I422
Kontakter mellan oktamerer i kristallerna	väldigt svag	väldigt stark
Antal underenheter i kristallformen	Två	Tre

externa länkar

• cis,cis-mukonat+laktoniserande+enzym vid US National Library of Medicine Medical Subject Headings (MeSH)