Дегидрогеназа D-аминокислот - D-amino acid dehydrogenase

D-аминокислота дегидрогеназа (EC 1.4.99.1 ) это бактериальный фермент, катализирующий окисление D-аминокислоты в соответствующие оксокислоты. Он содержит как флавин и негем утюг как кофакторы.[1] Фермент обладает очень широкой специфичностью и может действовать на большинство D-аминокислот.[2]

D-аминокислота + H2O + акцептор <=> 2-оксокислота + NH3 + уменьшенный акцептор

Эта реакция отличается от реакции окисления, катализируемой Оксидаза D-аминокислот который использует кислород в качестве второго субстрата, поскольку дегидрогеназа может использовать множество различных соединений в качестве акцепторов электронов, при этом физиологический субстрат является коэнзим Q.[1][3]

Дегидрогеназа D-аминокислот - это фермент, который катализирует НАДФН из НАДФ + и D-глюкозы с образованием D-аминокислот и дегидрогеназы глюкозы. Некоторые, но не ограничиваясь этим, эти аминокислоты - это D-лейцин, D-изолейцин и D-валин, которые являются незаменимыми аминокислотами, которые люди не могут синтезировать из-за того, что они не включены в их рацион. Более того, D-аминокислоты катализируют образование 2-оксокислот с образованием D-аминокислот в присутствии DCIP, который является акцептором электронов.[4] D-аминокислоты используются в качестве компонентов фармацевтических продуктов, таких как антибиотики, антикоагулянты и пестициды, поскольку было показано, что они не только более эффективны, чем их L-энантиомеры, но также более устойчивы к разрушению ферментами.[5] Ферменты дегидрогеназы D-аминокислот были синтезированы с помощью мутагенеза со способностью продуцировать прямые, разветвленные, циклические алифатические и ароматические D-аминокислоты.[6] Солюбилизированная дегидрогеназа D-аминокислот имеет тенденцию увеличивать свое сродство к D-аланину, D-аспарагину и D--амино-н-бутират.[7]

В Кишечная палочка Дегидрогеназа D-аминокислоты K12 наиболее активна с D-аланином в качестве субстрата, поскольку эта аминокислота является единственным источником углерода, азота и энергии. Фермент оптимально работает при pH 8,9 и имеет константу Михаэлиса для D-аланина, равную 30 мМ.[8] DAD обнаружен у грамотрицательных Кишечная палочка B-мембрана также может преобразовывать L-аминокислоты в D-аминокислоты. [9]

Кроме того, дегидрогеназа D-аминокислоты используется в дегидрогеназе, связанной с красителем (Dye-DHs), которая использует искусственные красители, такие как 2,6-дихлориндофенол (DCIP) в качестве акцептора электронов, а не естественные акцепторы электронов. Это может ускорить реакцию между ферментом и субстратом при переносе электронов.[10]

Использование в реакциях синтеза

Дегидрогеназа D-аминокислот оказалась эффективной в синтезе аминокислот с разветвленной цепью, таких как D-лейцин, D-изолейцин и D-валин. В данном исследовании исследователям удалось успешно использовать дегидрогеназу D-аминокислот для создания большого количества этих продуктов из исходного материала 2-оксокислот в присутствии аммиака. Условия для этого были различными, хотя наилучшие результаты были получены при температуре около 65 ° C.

Аминокислоты, полученные в результате этих реакций, привели к высокой энантиоселективности> 99% и высоким выходам> 99%.

Учитывая природу этого фермента, его можно использовать для создания неразветвленных D-аминокислот, а также модифицированных D-аминокислот.[11]

Получение D-аминокислотной дегидрогеназы

В одном исследовании, чтобы проверить жизнеспособность использования D-аминодегидрогеназы в реакциях синтеза, исследователи использовали мутантные бактерии для получения и создания различных штаммов фермента. Эти исследователи обнаружили, что потребовалось всего пять мутаций, чтобы модифицировать селективную D-амино-дегидрогеназу для работы с другими D-аминокислотами. Они также обнаружили, что он сохраняет свою высокоселективную природу, способную получать в основном D-энантиомеры после мутации с выходами, превышающими 95%.[12]

Термостабильный вариант дегидрогеназы D-аминокислот был обнаружен у бактерии Rhodothermus marinus JCM9785. Этот вариант участвует в катаболизме транс-4-гидрокси-L-пролина.[13]

Из данных исследований, чтобы получить дегидрогеназу D-аминокислоты, необходимо сначала ввести и выразить ее в пределах данного вида бактерий, некоторые из которых упоминались ранее. Затем он должен быть очищен в благоприятных условиях. Они основаны на конкретных видах дегидрогеназы D-аминокислот, используемых в данном исследовательском эксперименте. В неправильных условиях белок может денатурировать. Например, было обнаружено, что именно D-аланиндегидрогеназы из E. coli и P. aeruginosa теряли большую часть своей активности при воздействии условий 37–42 ° C. После этого можно отделить и очистить существующими методами.[14]

Искусственная дегидрогеназа D-аминокислот

Из-за недостатков существующих методов исследователи начали работу по созданию искусственного фермента, способного производить те же D-аминокислоты, что и ферменты из природных источников. Им удалось добавить пять аминокислот к данному образцу, выделенному из U. thermosphaericus. Изменяя аминокислотную последовательность, исследователи смогли изменить специфичность молекулы по отношению к определенным реагентам и продуктам, показав, что можно использовать искусственную дегидрогеназу D-аминокислот для скрининга определенных продуктов D-аминокислот.[15]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ а б Ольсевски П.Дж., Качоровски Г.Дж., Уолш К. (25 мая 1980 г.). «Очистка и свойства дегидрогеназы D-аминокислот, индуцибельного мембраносвязанного флавоэнзима железо-сера из Escherichia coli B». J. Biol. Chem. 255 (10): 4487–94. PMID  6102989.
  2. ^ Цукада К. (10 октября 1966 г.). «Дегидрогеназы D-аминокислот Pseudomonas fluorescens». J. Biol. Chem. 241 (19): 4522–8. PMID  5925166.
  3. ^ Джонс H, Венейблс WA (1983). «Влияние солюбилизации на некоторые свойства мембраносвязанного респираторного фермента D-аминокислоты дегидрогеназы Escherichia coli». Письма FEBS. 151 (2): 189–92. Дои:10.1016/0014-5793(83)80066-0. PMID  6131836. S2CID  26120769.
  4. ^ Акита, Хиронага; Сузуки, Хирокадзу; Дои, Кацуми; Осима, Тосихиса (1 февраля 2014 г.). «Эффективный синтез d-аминокислот с разветвленной цепью и их меченых соединений со стабильными изотопами с использованием дегидрогеназы d-аминокислот». Прикладная микробиология и биотехнология. 98 (3): 1135–1143. Дои:10.1007 / s00253-013-4902-1. ISSN  1432-0614. PMID  23661083. S2CID  2640504.
  5. ^ Ведха-Петерс, Кавита; Гунавардана, Манджула; Роззелл, Дж. Дэвид; Новик, Скотт Дж. (Август 2006 г.). «Создание широкодиапазонного и высокостереоселективного d-аминокислотного дегидрогеназа для одностадийного синтеза d-аминокислот». Журнал Американского химического общества. 128 (33): 10923–10929. Дои:10.1021 / ja0603960. ISSN  0002-7863. ЧВК  2533268. PMID  16910688.
  6. ^ Ведха-Петерс, Кавита; Гунавардана, Манджула; Роззелл, Дж. Дэвид; Новик, Скотт Дж. (Август 2006 г.). «Создание широкодиапазонного и высокостереоселективного d-аминокислотного дегидрогеназа для одностадийного синтеза d-аминокислот». Журнал Американского химического общества. 128 (33): 10923–10929. Дои:10.1021 / ja0603960. ISSN  0002-7863. ЧВК  2533268. PMID  16910688.
  7. ^ Джонс, H (январь 1983 г.). «Влияние солюбилизации на некоторые свойства мембраносвязанного респираторного фермента D-аминокислоты Escherichia coli». Письма FEBS. 151 (2). Дои:10.1016/0014-5793(83)80066-0. PMID  6131836. S2CID  26120769.
  8. ^ Франклин, F.C.H. (10 января 1976 г.). «Биохимические, генетические и регуляторные исследования катаболизма аланина в Escherichia coli K12». Молекулярная и общая генетика. 149 (2): 229–237. Дои:10.1007 / BF00332894. PMID  13292. S2CID  22823588.
  9. ^ Сюй, Цзиньцзинь; Бай, Яджун; Вентилятор, Тайпин; Чжэн, Сяохуэй; Цай, Юйцзе (4 июля 2017 г.). «Экспрессия, очистка и характеристика мембраносвязанной дегидрогеназы d-аминокислот из Proteus mirabilis JN458». Письма о биотехнологии. 39 (10): 1559–1566. Дои:10.1007 / s10529-017-2388-0. ISSN  0141-5492. PMID  28676939. S2CID  11335026.
  10. ^ Сатомура, Такенори; Сакураба, Харухико; Суйе, Син-ичиро; Осима, Тосихиса (1 ноября 2015 г.). «Связанные с красителем дегидрогеназы D-аминокислот: биохимические характеристики и применение в биотехнологии». Прикладная микробиология и биотехнология. 99 (22): 9337–9347. Дои:10.1007 / s00253-015-6944-z. ISSN  1432-0614. PMID  26362681. S2CID  12495865.
  11. ^ Акита, Хиронага; Сузуки, Хирокадзу; Дои, Кацуми; Осима, Тошихиса (10 мая 2013 г.). «Эффективный синтез d-аминокислот с разветвленной цепью и их меченых соединений со стабильными изотопами с использованием дегидрогеназы d-аминокислот». Прикладная микробиология и биотехнология. 98 (3): 1135–1143. Дои:10.1007 / s00253-013-4902-1. ISSN  0175-7598. PMID  23661083. S2CID  2640504.
  12. ^ Ведха-Петерс, Кавита; Гунавардана, Манджула; Роззелл, Дж. Дэвид; Новик, Скотт Дж. (Август 2006 г.). «Создание широкодиапазонного и высокостереоселективного d-аминокислотного дегидрогеназа для одностадийного синтеза d-аминокислот». Журнал Американского химического общества. 128 (33): 10923–10929. Дои:10.1021 / ja0603960. ISSN  0002-7863. ЧВК  2533268. PMID  16910688.
  13. ^ Сатомура, Такенори; Исикура, Масару; Коянаги, Такаши; Сакураба, Харухико; Осима, Тошихиса; Суй, Шин-ичиро (05.12.2014). «Связанная с красителем дегидрогеназа d-аминокислот из термофильной бактерии Rhodothermus marinus JCM9785: характеристики и роль в катаболизме транс-4-гидрокси-1-пролина». Прикладная микробиология и биотехнология. 99 (10): 4265–4275. Дои:10.1007 / s00253-014-6263-9. ISSN  0175-7598. PMID  25472442. S2CID  11805375.
  14. ^ Сюй, Цзиньцзинь; Бай, Яджун; Вентилятор, Тайпин; Чжэн, Сяохуэй; Цай, Юйцзе (2017-07-04). «Экспрессия, очистка и характеристика мембраносвязанной дегидрогеназы d-аминокислот из Proteus mirabilis JN458». Письма о биотехнологии. 39 (10): 1559–1566. Дои:10.1007 / s10529-017-2388-0. ISSN  0141-5492. PMID  28676939. S2CID  11335026.
  15. ^ Акита, Хиронага; Хаяси, Дзюндзи; Сакураба, Харухико; Осима, Тосихиса (2018-08-03). «Искусственная термостабильная дегидрогеназа D-аминокислот: создание и применение». Границы микробиологии. 9: 1760. Дои:10.3389 / fmicb.2018.01760. ISSN  1664-302X. ЧВК  6085447. PMID  30123202.

внешняя ссылка