Ulvan lyase
| Ulvan lyase | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Identifiers | |||||||||
| EG nr. | 4.2.2.- | ||||||||
| 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 | ||||||||
| |||||||||
Ulvanlyas ( EC 4.2.2.- ) är ett enzym som finns i cellväggen hos den marina organismen Ulvales (gröna alger) och en del marina bakterier. En lyas är en klass av enzymer som katalyserar nedbrytningen av kemiska bindningar genom en elimineringsreaktionsmekanism snarare än en substitutionsreaktionsmekanism (hydrolys och oxidation). Ulvanlyas tillhör familjen polysackaridlyas, en typ av enzym som primärt fungerar för att klyva glykosidbindningar i polysackarider.
Klassificering
Enzymer kategoriseras enligt Enzyme Commission Number (EC-nummer), som använder ett numeriskt katalogsystem för att sammanställa en lista över kända enzymer och deras relativa substrat. Många enzymer katalyserar ofta reaktioner inom flera organismer, vilket resulterar i ett EC-nummer som representerar den delade enzymkatalyserade reaktionen inom olika arter. Till exempel delar ulvanlyas ett EC-nummer med andra lyaskatalyserade reaktioner (som verkar på polysackarider) som förekommer i organismer som inte är relaterade till Ulvales. Termen "ulvan" hänvisar till det anjoniska polysackaridsubstratet som enzymet lyas verkar på inom cellväggsstrukturen. Ulvan lyase har ett partiellt EG-nummer, som representeras med en bindestreck vid den sista siffran. Partiella EC-nummer indikerar antingen ett nytt enzym som ännu inte har fått ett fullständigt EC-nummer, eller olika enzymer som katalyserar flera reaktioner inom samma klass. De fyra första siffrorna i ett enzyms EC-nummer används för att bilda ett numeriskt ID för enzymet, som beskriver dess funktion och mekanism. Den första siffran i ulvan lyas EG-nummer (4) anger att den tillhör huvudklassen av lyaser. Den andra siffran (2), eller underklassen, indikerar att den klyver kol-syrebindningar. Slutligen indikerar den tredje siffran (2), eller undersubklassen, att den verkar på polysackarider. Ulvan lyase innehåller inte en fjärde siffra (serienummer), därav dess partiella EG-nummer.
Reaktionsmekanism
Ulvanlyas bryter ned ulvan genom att katalysera den endolytiska klyvningen av glykosidbindningarna i glykosider . Specifikt klyver enzymet glykosidbindningen mellan uronsyra eller iduronsyra och 3-sulfaterad ramnos (R3S) genom en β-elimineringsreaktion ( E2) . Det finns två former av uronsyra involverade i glykosidklyvningen: D-glukuronsyra (GlcUA) och dess epimer L-iduronsyra (IdoUA). Vid klyvningsstället bryts en β(1,4)-glykosidbindning, vilket depolymeriserar ulvan. Protonen som finns på kol 5 (C5) abstraheras med en hydroxylgrupp på kol 4 (C4), vilket resulterar i en produkt som innehåller en reducerande ände på ett fragment och en omättad uronsyra (Δ, 4-deoxi-L-treohex -4-enopyranosiduronsyra) på den icke-reducerande änden.
Strukturera
Ulvan-lyaser har typiskt en molekylvikt mellan 30-60 kDa. Ulvans ryggrad består av upprepade enheter av D-glukuronsyra och 3-sulfaterad ramnos, med långa sidokedjor genomgående. Ulvan-polysackariderna består av disackariddelar som innehåller en 3-sulfaterad ramnosryggrad som bildar glykosidbindningen med glukuron- eller iduronsyra. Masspektrometrisekvensering följt av polymeraskedjereaktionsamplifiering bestämde att en komplett ulvan-lyasgen innehåller ≈1536 baspar och ≈512 aminosyror (efter translation). Hälften av de sekvenserade peptiderna från en ulvan-lyasgen (30 kDa) isolerades i peptidens N-terminal , med en medellängd på 25 aminosyror. Enzymets struktur består av en sjubladig β-propeller som använder His/Tyr-eliminering för att inducera katalys.
N-terminaldomänen inkluderar den katalytiskt aktiva delen av enzymet, medan C-terminaldomänen har en specificitet för bindning till ulvan, vilket gör den till den substratbindande domänen. Bindningsdomänen binder företrädesvis ulvan, men binder inte till andra polymerer. Enzymet vidhäftar starkt till substratet, vilket gör att lyas kan verka på ulvan medan det fortfarande är inbäddat i cellväggen. Inom N-terminalen inrymmer en klyfta som täcker det inre β-arket den aktiva platsen. De specifika katalytiska resterna som finns i denna region är Arg 117 , Gln 160 , Tyr 281 och Lys 162 .
Fungera
I organismen Ulvales fungerar ulvanlyas för att bryta ned polysackariden ulvan till oligosackarider . Ulvan är en av huvudkomponenterna i Ulvales cellvägg, som ger strukturellt stöd och styvhet. Enzymatiskt sett är den dominerande funktionen av ulvan lyas dess förmåga att bilda ulvan oligosackarider via nedbrytning, som är mer vattenlösliga och mindre i molekylvikt, vilket möjliggör ökad fysiologisk förmåga. Oligosackariderna bryts sedan ytterligare ned till monosackarider . Dessa mindre enheter kan reglera cellsignalering inom Ulvales, vilket direkt påverkar makroalgermetabolism, ett system som är beroende av nedbrytningen av organiska föreningar som energikälla. Utan ulvanlyas skulle marina alger som Ulvales inte kunna katalysera nedbrytningen av ulvan till monosackarider, en förutsättning för omvandling av kolhydrater till energi genom den centrala sockermetabolismen.
Fysiologisk funktion
Ulvan är en av de vanligaste polysackariderna som finns i cellväggen hos marina alger. Som en sulfaterad polysackarid anses ulvans förekomst av marina alger vara resultatet av organismens anpassning till joniska miljöer som havet. Ulvan kan reglera jonbalansen i cellväggen och uppvisar en osmotisk funktion som förhindrar uttorkning av alger , en skadlig process som alger är mycket mottagliga för på grund av sin hygroskopiska struktur. Den sura ryggraden i ulvan som består av D-glukuronsyra och L-iduronsyra antyder att denna polysackarid bidrar till cellväggssammanhållning. Ulvan uppvisar också en skyddande funktion genom att underlätta hämningen av cellulasaktivitet , vilket skyddar cellulosa mot marina bakterieangrepp i cellväggen.