Xylosisomeras
| xylosisomeras | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
 D-Xylosisomerastetramer från Streptomyces rubiginosus PDB . En monomer är färgad av sekundär struktur för att framhäva TIM-fatarkitekturen.
| |||||||||
| Identifierare | |||||||||
| EG nr. | 5.3.1.5 | ||||||||
| CAS-nr. | 9023-82-9 | ||||||||
| 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 xylosisomeras ( EC 5.3.1.5 ) ett enzym som katalyserar omvandlingen av D-xylos och D-xylulos . Detta enzym tillhör familjen isomeraser , särskilt de intramolekylära oxidoreduktaser som interkonverterar aldoser och ketoser . Isomeraset har nu observerats i nästan hundra arter av bakterier. Xylos -isomeraser kallas också vanligtvis fruktos-isomeraser på grund av deras förmåga att interkonvertera glukos och fruktos. Det systematiska namnet på denna enzymklass är D-xylosaldos-ketos-isomeras. Andra namn i vanlig användning inkluderar D-xylosisomeras, D-xylosketoisomeras och D-xylosketol-isomeras.
Historia
Aktiviteten av D-xylosisomeras observerades först av Mitsuhashi och Lampen 1953 i bakterien Lactobacillus pentosus . Artificiell produktion genom transformerad E.coli har också varit framgångsrik. År 1957 noterades D-xylosisomerasaktiviteten på D-glukosomvandling till D-fruktos av Kooi och Marshall. Det är nu känt att isomeraser har bred substratspecificitet. De flesta pentoser och vissa hexoser är alla substrat för D-xylosisomeras. Några exempel inkluderar: D-ribos, L-arabinos, L-ramnos och D-allos.
Omvandling av glukos till fruktos med xylosisomeras patenterades först på 1960-talet, men processen var inte industriellt gångbar eftersom enzymerna suspenderades i lösning, och återvinning av enzymet var problematiskt. Ett orörligt xylosisomeras som fixerades på en fast yta utvecklades först i Japan av Takanashi. Dessa utvecklingar var avgörande för utvecklingen av industriella jäsningsprocesser som används vid tillverkning av majssirap med hög fruktoshalt .
Den tertiära strukturen bestämdes för flera xylosisomeraser från mikrober med början i mitten av 1980-talet ( Streptomyces olivochromogenes 1988, Streptomyces violaceoniger 1988, Streptomyces rubiginosus 1984, Arthrobacter B3728 i 19896, 1988, 1988 , 1988, 1988, 1988 , 1988, 1988, 1986, 1988 och es 1990).
Fungera
Detta enzym deltar i omvandlingar av pentos och glukuronat och metabolism av fruktos och mannos . De mest biotillgängliga sockerarterna enligt International Society of Rare Sugars är: glukos, galaktos, mannos, fruktos, xylos, ribos och L-arabinos. Tjugo hexoser och nio pentoser, inklusive xylulos, ansågs vara "sällsynta sockerarter". Därför används D-xylosisomeras för att producera dessa sällsynta sockerarter som har mycket viktiga tillämpningar inom biologi trots deras låga förekomst.
Karakterisering
Xylosisomeras som kan isoleras från rött kinesiskt risvin, som innehåller bakterien Lactobacillus xylosus . Denna bakterie klassificerades av misstag som en L. plantarum , som normalt växer på sockret L-arabinos , och sällan odlas på D-xylos. L. xylosus ansågs vara distinkt för sin förmåga att växa på D-xylos. Xylosisomeras i L. xylosus har en molekylvikt på cirka 183000 Dalton. Dess optimala tillväxt-pH är cirka 7,5 för L. lactis , men stammar som xylosenzymet L.brevis föredrar en mer alkalisk miljö. L. lactis -stammen är stabil över pH-intervallet 6,5 till 11,0, och L. brevis -enzymet, som är mindre tolerant mot pH-förändringar, visar aktivitet över pH-intervallet 5,7–7,0. Termiska tester gjordes också av Kei Y. och Noritaka T. och xylosisomeraset visade sig vara termiskt stabilt till cirka 60 grader Celsius
Aktiv plats och mekanism
Xylosisomeras har en struktur som är baserad på åtta alfa/beta-fat som skapar en aktiv plats som innehåller två tvåvärda magnesiumjoner. Xylosisomerasenzymer uppvisar en TIM- fatveck med det aktiva stället i mitten av cylindern och en tetramer kvartär struktur . PDB-strukturer finns i länkarna i infoboxen till höger. Proteinet är en tetramer där parade fat är nästan koaxiala, som bildar två håligheter där de tvåvärda metallerna båda är bundna till en av de två håligheterna. Metallerna är i en oktaedrisk geometri. Metallplats 1 binder substratet tätt, medan metallplats två binder substratet löst. Båda delar en syrarest Glutaminsyra 216 av enzymet som överbryggar de två katjonerna. Två basiska aminosyror omger de negativt laddade liganderna för att neutralisera dem. Det andra hålrummet vetter mot metallhålrummet och båda hålrummen delar samma tillträdesväg. Den andra kaviteten är hydrofob till sin natur och har en viktig histidinrest som aktiveras av en aspartatrest som är vätebunden till den. Denna histidinrest är viktig vid isomeriseringen av glukos.
Vid isomerisering av glukos används Histidin 53 för att katalysera protonöverföringen av O1 till O5; diagrammet för ringöppningsmekanismen visas nedan. Den första metallen, som nämndes tidigare, koordinerar till O3 och O4 och används för att docka substratet.
Vid isomerisering av xylos har kristalldata visat att xylossocker binder till enzymet i en öppen kedja . Metall 1 binder till O2 och O4, och när den väl är bundet binder metall 2 till O1 och O2 i övergångstillståndet, och dessa interaktioner tillsammans med en lysinrest hjälper till att katalysera hydridskiftet som är nödvändigt för isomerisering. Övergångstillståndet består av en högenergikarboniumjon som stabiliseras genom alla metallinteraktioner med sockersubstratet.
Tillämpning inom industrin
Den mest använda tillämpningen av detta enzym är i omvandlingen av glukos till fruktos för att producera majssirap med hög fruktoshalt (HFCS). Det finns tre allmänna steg för att producera HFCS från stärkelse:
- enzymatisk nedbrytning av stärkelsen med användning av a- amylas . Även känd som flytande.
- ytterligare nedbrytning med användning av glukoamylas och ett förgrenande enzym.
- Produktion av fruktos genom xylosisomeras
Processen utförs i bioreaktorer vid 60–65 °C. Enzymer blir inaktiverade vid höga temperaturer som denna, och ett fokus för forskningen har varit att konstruera mer termostabila versioner av xylosisomeras och de andra enzymerna i processen. Enzymerna är i allmänhet immobiliserade för att öka genomströmningen; bättre sätt att göra detta har varit ett annat forskningsfokus.
Xylosisomeras är ett av de enzymer som används av bakterier i naturen för att använda cellulosa som mat och ett annat fokus på industriell och akademisk forskning, har utvecklat versioner av xylosisomeras som kan vara användbara vid produktion av biobränsle .
Som kosttillskott
Produkter som innehåller xylos-isomeras säljs som receptfria kosttillskott för att bekämpa fruktosmalabsorption, främst i Europa och under varumärken inklusive Fructaid , Fructease och Fructosin . Bortsett från allmänna farhågor om effektiviteten av OTC-enzymer, finns det för närvarande mycket begränsad forskning tillgänglig om xylos-isomeras som kosttillskott, där den enda vetenskapliga studien indikerar en positiv effekt på malabsorptionsrelaterat illamående och buksmärtor, men ingen på uppblåsthet. .
Vidare läsning
- Hochster RM, Watson RW (1954). "Enzymatisk isomerisering av D-xylos till D-xylulos". Båge. Biochem. Biofys . 48 (1): 120–9. doi : 10.1016/0003-9861(54)90313-6 . PMID 13125579 .
- Slein MW (1955). "Xylosisomeras från Pasteurella pestis, stam A-1122". J. Am. Chem. Soc . 77 (6): 1663–1667. doi : 10.1021/ja01611a074 .
- Yamanaka K (1968). "Rening, kristallisering och egenskaper hos D-xylosisomeraset från Lactobacillus brevis". Biochim. Biophys. Acta . 151 (3): 670–80. doi : 10.1016/0005-2744(68)90015-6 . PMID 5646045 .
