Глицериндегидрогеназа - Glycerol dehydrogenase

глицериндегидрогеназа
1jqa assembly.png
Глицериндегидрогеназа из B. stearothermophilus с глицерином (сферы) PDB 1jqa
Идентификаторы
Номер ЕС1.1.1.6
Количество CAS9028-14-2
Базы данных
IntEnzПросмотр IntEnz
БРЕНДАBRENDA запись
ExPASyПросмотр NiceZyme
КЕГГЗапись в KEGG
MetaCycметаболический путь
ПРИАМпрофиль
PDB структурыRCSB PDB PDBe PDBsum
Генная онтологияAmiGO / QuickGO

Глицериндегидрогеназа (ЕС 1.1.1.6, также известен как НАД+ -связанная глицериндегидрогеназа, глицерин: НАД+ 2-оксидоредуктаза, GDH, GlDH, GlyDH) представляет собой фермент в оксидоредуктаза семья, которая использует NAD+ к катализировать то окисление из глицерин с образованием глицерона (дигидроксиацетон ).[1][2]

Общая реакция глицерина на глицерон с NAD +, катализируемая глицериндегидрогеназой

Этот фермент представляет собой оксидоредуктазу, в частности, металл-зависимую алкогольдегидрогеназу, которая играет роль в анаэробном глицерине. метаболизм и был изолирован от ряда бактерии, в том числе Enterobacter aerogenes,[3] Klebsiella aerogenes,[4] Streptococcus faecalis,[5] Erwinia aeroidea,[6] Bacillus megaterium,[7] и Bacillus stearothermophilus. Однако большинство исследований глицериндегидрогеназы проводилось в Bacillus stearothermophilus, (B. stearothermophilus) из-за его термостойкость и, следовательно, следующая структурная и функциональная информация будет относиться в первую очередь к характеристике фермента в этой бактерии.[8]

Структура

Глицериндегидрогеназа - гомооктамер, состоящий из восьми идентичных мономер субъединицы, состоящие из одной полипептидной цепи из 370 аминокислоты (молекулярная масса 42000 Да). Каждая субъединица содержит 9 бета-листов и 14 альфа-спиралей в двух отдельных доменах (N-концевой, остатки 1–162 и C-концевой, остатки 163–370). Глубокая щель, образованная между этими двумя доменами, служит активным центром фермента. Этот активный центр состоит из одного связанного иона металла, одного НАД+ сайт связывания никотинамидного кольца и субстрат сайт привязки.

Исследование структуры B. stearothermophilus показывает, что активный сайт содержит двухвалентный катион -цинк ион, Zn2+. Этот ион цинка образует тетраэдрический диполь взаимодействия между аминокислотными остатками Asp173, His256 и His274, а также молекулой воды.

НАД+ сайт привязки, напоминающий Россманн фолд внутри N-концевого домена простирается от поверхности фермента до щели, содержащей активный сайт. Никотинамидное кольцо (активная область НАД+) связывается в кармане щели, состоящем из остатков Asp100, Asp123, Ala124, Ser127, Leu129, Val131, Asp173, His174 и Phe247.

Наконец, сайт связывания субстрата состоит из остатков Asp123, His256, His274, а также молекулы воды.[9]

Функция

Кодируемый геном gldA, ферментом глицериндегидрогеназы, GlyDH катализирует окисление глицерина до глицерона. В отличие от более распространенных путей использования глицерина, GlyDH эффективно окисляет глицерин в анаэробных метаболических путях в АТФ-независимых условиях (полезный механизм разрушения глицерина в бактериях). Кроме того, GlyDH селективно окисляет гидроксильную группу C2 с образованием кетона, а не концевую гидроксильную группу с образованием альдегида.[10]

Механизм

Хотя точный механизм этого специфического фермента еще не охарактеризован, кинетические исследования подтверждают, что GlyDH катализирует химическая реакция

глицерин + НАД+ глицерон + НАДН + Н+

сопоставима с таковыми других алкогольдегидрогеназ. Следовательно, следующий механизм предлагает разумное представление об окислении глицерина НАД.+.

Механизм глицериндегидрогеназы

После НАД+ связан с ферментом, глицериновый субстрат связывается с активным сайтом таким образом, чтобы иметь два скоординированных взаимодействия между двумя соседними гидроксильными группами и соседним ионом цинка. Затем GlyDH катализирует депротонирование с помощью оснований гидроксильной группы C2 с образованием алкоксида. Атом цинка дополнительно служит для стабилизации отрицательного заряда на алкоксидном промежуточном соединении до того, как избыточная электронная плотность вокруг заряженного атома кислорода сместится с образованием двойной связи с атомом углерода C2. Гидрид впоследствии удаляется из вторичного углерода и действует как нуклеофил при переносе электрона на NAD.+ никотинамидное кольцо. В результате H+ удаляется основанием, выделяется в виде протона в окружающий раствор; с последующим высвобождением продукта глицерона, затем NADH посредством GlyDH.[11]

Промышленные последствия

В результате увеличения производства биодизеля также увеличилось образование побочного продукта, сырого глицерина. Хотя глицерин обычно используется в пищевой, фармацевтической, косметической и других отраслях промышленности, увеличение производства сырого глицерина стало очень дорогостоящим для очистки и использования в этих отраслях. Из-за этого исследователи заинтересованы в поиске новых экономичных способов использования низкосортных глицериновых продуктов. Биотехнология является одним из таких методов: использование определенных ферментов для расщепления сырого глицерина с образованием таких продуктов, как 1,3-пропандиол, 1,2-пропандиол, янтарная кислота, дигидроксиацетон (глицерон), водород, полиглицерины и полиэфиры. В качестве катализатора превращения глицерина в глицерон глицериндегидрогеназа является одним из таких ферментов, исследуемых для этой промышленной цели.[12]

Полный список решенных и депонированных структур в PDB для этого класса ферментов можно найти в информационном поле.

Смотрите также

использованная литература

Примечания
  1. ^ Маллиндер, Филип Р .; Причард, Эндрю; Мойр, Энн (1992). «Клонирование и характеристика гена из Bacillus stearothermophilus var. Non-diastaticus, кодирующего глицериндегидрогеназу». Ген. 110 (1): 9–16. Дои:10.1016 / 0378-1119 (92) 90438-У. ISSN  0378-1119. PMID  1339360.
  2. ^ Marshall, J. H .; May, J. W .; Слоан, Дж. (1985). «Очистка и свойства глицерина: НАД + 2-оксидоредуктаза (глицериндегидрогеназа) из Schizosaccharomyces pombe». Микробиология. 131 (7): 1581–1588. Дои:10.1099/00221287-131-7-1581. ISSN  1350-0872.
  3. ^ Бертон, Роберт Мэйн; Каплан, Натан О. (1953). «Глицериндегидрогеназа, специфичная для DPN из Aerobacter Aerogenes1». Журнал Американского химического общества. 75 (4): 1005–1006. Дои:10.1021 / ja01100a520. ISSN  0002-7863.
  4. ^ Lin ECC; Магасаник Б (1960). «Активация глицериндегидрогеназы из Aerobacter aerogenes одновалентными катионами ». J. Biol. Chem. 235: 1820–1823. PMID  14417009.
  5. ^ Джейкобс, штат Нью-Джерси; VanDemark PJ. (Апрель 1960 г.). «Сравнение механизма окисления глицерина у Streptococcus Faecalis, выращенных в аэробных и анаэробных условиях». Журнал бактериологии. 79 (4): 532–538. Дои:10.1128 / JB.79.4.532-538.1960. ЧВК  278726. PMID  14406375.
  6. ^ Сугиура, Мамору; Оикава, Цутому; Хирано, Казуюки; Симидзу, Хироши; Хирата, Фумио (1978). «Очистка и некоторые свойства глицериндегидрогеназы Erwinia aroidae». Химико-фармацевтический бюллетень. 26 (3): 716–721. Дои:10.1248 / cpb.26.716. ISSN  0009-2363. PMID  647848.
  7. ^ SCHARSCHMIDT, Маргрит; ПФЛАЙДЕРЕР, Герхард; МЕТЦ, Харальд; БРЮММЕР, Вольфганг (1983). «Isolierung und Charakterisierung von Glycerin-Dehydrogenase ausBacillus megaterium». Hoppe-Seyler's Zeitschrift für Physiologische Chemie. 364 (2): 911–922. Дои:10.1515 / bchm2.1983.364.2.911. ISSN  0018-4888.
  8. ^ Spencer, P .; Bown, K.J .; Scawen, M.D .; Аткинсон, Т .; Гор, М. (1989). «Выделение и характеристика глицериндегидрогеназы из Bacillus stearothermophilus». Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Структура белка и молекулярная энзимология. 994 (3): 270–279. Дои:10.1016 / 0167-4838 (89) 90304-Х. ISSN  0167-4838. PMID  2493267.
  9. ^ Ружейников, Сергей Н .; Берк, Джеки; Седельникова, Света; Бейкер, Патрик Дж .; Тейлор, Роберт; Буллоу, Пер А .; Muir, Nicola M .; Гор, Майкл Дж .; Райс, Дэвид В. (2001). «Глицериндегидрогеназа» (PDF). Структура. 9 (9): 789–802. Дои:10.1016 / S0969-2126 (01) 00645-1. ISSN  0969-2126. PMID  11566129.
  10. ^ Leichus, Betty N .; Бланшар, Джон С. (1994). «Изотопный анализ реакции, катализируемой глицериндегидрогеназой». Биохимия. 33 (48): 14642–14649. Дои:10.1021 / bi00252a033. ISSN  0006-2960. PMID  7981227.
  11. ^ Хаммес-Шиффер, Шарон; Бенкович, Стивен Дж. (2006). «Связь движения белка с катализом». Ежегодный обзор биохимии. 75 (1): 519–541. Дои:10.1146 / annurev.biochem.75.103004.142800. ISSN  0066-4154. PMID  16756501.
  12. ^ Пачаури, Нареш; Он, Брайан. (Июль 2006 г.). «Использование с добавленной стоимостью сырого глицерина из производства биодизеля: обзор текущей исследовательской деятельности» (PDF). Американское общество сельскохозяйственных и биологических инженеров.
Список используемой литературы
  • Аснис Р.Э., Броди А.Ф. (1953). "Глицериндегидрогеназа из кишечная палочка". J. Biol. Chem. 203 (1): 153–9. PMID  13069498.
  • Бертон Р.М.; Каплан Н.О. (1953). "DPN-специфическая глицериндегидрогеназа из Aerobacter aerogenes". Варенье. Chem. Soc. 75 (4): 1005–1007. Дои:10.1021 / ja01100a520.
  • Lin ECC; Магасаник Б (1960). «Активация глицериндегидрогеназы из Aerobacter aerogenes одновалентными катионами ». J. Biol. Chem. 235: 1820–1823. PMID  14417009.