Trimetylamin N -oxidreduktas
| trimetylamin-N- | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| oxidreduktasidentifierare | |||||||||
| EG nr. | 1.7.2.3 | ||||||||
| CAS-nr. | 37256-34-1 | ||||||||
| 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 | ||||||||
| |||||||||
Trimetylamin -N -oxidreduktas (TOR eller TMAO-reduktas, EC 1.7.2.3) är ett mikrobiellt enzym som kan reducera trimetylamin- N -oxid (TMAO) till trimetylamin (TMA), som en del av elektrontransportkedjan . Enzymet har renats från E. coli och de fotosyntetiska bakterierna Roseobacter denitrificans .
Trimetylaminoxid finns i höga koncentrationer i fiskens vävnader, och bakteriell reduktion av denna förening till illaluktande trimetylamin är en viktig process för att förstöra fisk.
Klassificering
TMAO-reduktas har ett enzymkommissionsnummer (EC) på 1.7.2.3. EG-nummer är ett system av enzymnomenklatur, och varje del av denna nomenklatur hänvisar till en progressiv klassificering av enzymet med avseende på dess reaktion. Den första siffran definierar reaktionstypen, den andra siffran ger information om inblandade föreningar, den tredje siffran anger typen av reaktion, och den fjärde siffran kompletterar det unika serienumret för varje enzym.
Trimetylamin-N-oxidreduktas har EG-nummer 1.7.2.3, och dessa komponenter hänvisar till följande enzymklassificeringar:
- EC 1-enzymer är oxidoreduktasenzymer , där en oxidationsreduktionsreaktion inträffar och substratet som oxideras är antingen en syre- eller vätedonator
- EC 1.7-enzymer verkar på andra kvävehaltiga föreningar som donatorer
- EC 1.7.2-enzymer har en cytokrom som acceptor
- EC 1.7.2.3 är enzymet TMAO-reduktas, som reducerar cytokrom TorC
Artfördelning
TMAO är en organisk osmolyt som har den användbara biologiska funktionen att skydda proteiner mot denaturerande påfrestningar såsom hög koncentration av urea. Olika bakterier växer anaerobt med TMAO som en alternativ elektrontransportkedja , vilket möjliggör tillväxt på icke-fermenterbara kolkällor som glycerol . Bakterier som kan reducera TMAO till TMA finns i tre olika ekologiska nischer. TMAO-reducerande har hittills observerats i marina bakterier, fotosyntetiska bakterier som lever i grunda dammar och i enterobakterier .
TMAO-reduktaser har studerats i flera organismer, och ett vanligt bevarat drag är närvaron av en molybdenkofaktor i alla kända terminala enzymer.
Baserat på deras substratspecificitet kan dessa enzymer delas in i två grupper:
- TMAO-reduktaser som har hög substratspecificitet
- DMSO /TMAO-reduktaser som kan reducera ett brett spektrum av N- och S-oxidsubstrat.
Den första gruppen består av arter som Escherichia coli , Shewanella putrefaciens och Roseobacter denitrificans medan den andra gruppen består av arter som Proteus vulgaris , Rhodobacter capsulatus och Rhodobacter sphaeroides .
TMAO-andningssystemet har mestadels studerats brett på molekylär nivå i E. coli och Rhodobacter -arter.
Reaktionsmekanism
I E. coli kodas TMAO-reduktas av tor -CAD-operonet. TorC-genen kodar för en pentahemisk c-typ cytokrom (TorC). TorC kommer sannolikt att överföra elektroner direkt till det periplasmatiska TorA-terminala enzymet som kodas av torA-genen. Det anaeroba uttrycket av torCAD-operonet kontrolleras strikt av närvaron av TMAO eller relaterade föreningar.
Det finns flera olika metaboliska vägar som involverar TMAO och TMA . Reduktionen av TMAO till TMA, katalyserad av TMAO-reduktas, som en del av elektrontransportkedjan följer följande reaktion:
NADH + H + + trimetylamin N-oxid NAD + + trimetylamin + H 2 O Men både R. denitrificans och E. coli enzymer kan acceptera elektroner från cytokromer :
- trimetylamin + 2 (ferrocytokrom c)-subenhet + H 2 O → trimetylamin N -oxid + 2 (ferrocytokrom c)-subenhet + 2 H +
Andra reaktioner som involverar TMAO och TMA inkluderar:
- Oxidationen av TMA till TMAO, som sker i vissa metylotrofer som ett första steg i att använda TMA som en kolkälla
- Demetylering av TMAO till dimetylamin och formaldehyd med metylotrofer
- Den oxidativa demetyleringen av TMA till dimetylamin och formaldehyd med metylotrofer
- Framställning av metan från TMA och andra metylaminer av vissa metanogener
Strukturera
I E. coli har det visats att ett inducerbart, periplasmatiskt TMAO-reduktas är ansvarigt för nästan all TMAO-reduktion (med resten är DMSO-reduktion). Även om ingen strukturell analys av detta E. coli- enzym har rapporterats, har TMAO-reduktas från Shewanella massilia isolerats och karakteriserats med en upplösning på 2,5 Å.
TMAO-reduktaser har studerats i flera organismer, och ett gemensamt drag är närvaron av en molybdenkofaktor i alla kända terminala enzymer. Den vanliga formen av molybdopterinmolekylen är ett tricykliskt ringsystem som innefattar en pteringrupp sammansmält med en pyranring . Rollen för denna pyranring kan vara ett sätt att kontrollera oxidationstillståndet för molybdenkofaktorn och/eller underlätta protondiffusion. Dessutom är arrangemanget av aromatiska rester i den trattliknande ingången som leder till det aktiva centret nära relaterat till det för DMSO-reduktasstrukturer. En hydrofob ficka, bildad av två tryptofan- och två tyrosinrester , finns också i TMAO-reduktaset och innehåller mycket konserverade rester.
När man jämför TMAO-reduktas från S. massilia med DMSO-reduktas från R. Sphaeroides och R. capsulatus är den övergripande strukturen slående lika. En stor skillnad i TMAO-reduktas är emellertid ett saknat tyrosin (Tyr114), i DMSO-reduktas från R. capsulatus . Den är ersatt av en treonin (Thr116) i TMAO-reduktaset, och ryggradssträckningen runt denna rest, från rest 100 till 116, är inte identisk med den i DMSO-reduktaserna. En direkt följd av den saknade återstoden är ett bredare tillgängligt utrymme, intill det aktiva molybdencentrumet, som potentiellt existerar för att rymma de något skrymmande trimetylaminoxidmolekylerna lättare än dimetylsulfoxidmolekylerna . Denna skillnad visar hur ett enzyms form nästan alltid är direkt knuten till dess funktion.
Emellertid har avvikelser på senare tid ökat när det gäller strukturen hos det aktiva stället för TMAO-reduktas. Det föreslagna aktiva stället innehåller flera anomala bindningslängder; en Mo-O bindningslängd är för kort för en Mo-O enkelbindningskoordination, och de fyra Mo-S bindningslängderna är alla betydligt längre än förväntat. Dessutom är den föreslagna molybdenkoordinationen av den aktiva platsen extremt trång, med avstånden mellan flera förment icke-bindande atomer som är betydligt kortare än summan av deras van der Waals-radier och vissa bindningsvinklar är orimligt små. Nu antas det att denna överbeläggning beror på samkristallisering av flera former av enzymet.
Se även
Vidare läsning
- Unemoto T, Hayashi M, Miyaki K, Hayashi M (november 1965). "Intracellulär lokalisering och egenskaper hos trimetylamin-N-oxidreduktas i Vibrio parahaemolyticus". Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Enzymologi och biologisk oxidation . 110 (2): 319–328. doi : 10.1016/s0926-6593(65)80039-x . PMID 4286289 .