Gliserol dehidrojenaz - Glycerol dehydrogenase

gliserol dehidrojenaz
1jqa assembly.png
B. stearothermophilus kaynaklı gliserol dehidrojenaz ile gliserol (küreler) PDB 1jqa
Tanımlayıcılar
EC numarası1.1.1.6
CAS numarası9028-14-2
Veritabanları
IntEnzIntEnz görünümü
BRENDABRENDA girişi
ExPASyNiceZyme görünümü
KEGGKEGG girişi
MetaCycmetabolik yol
PRIAMprofil
PDB yapılarRCSB PDB PDBe PDBsum
Gen ontolojisiAmiGO / QuickGO

Gliserol dehidrojenaz (EC 1.1.1.6, Ayrıca şöyle bilinir NAD+ bağlı gliserol dehidrojenaz, gliserol: NAD+ 2-oksidoredüktaz, GDH, GlDH, GlyDH) bir enzim içinde oksidoredüktaz NAD kullanan aile+ -e katalize etmek oksidasyon nın-nin gliserol gliseron oluşturmak için (dihidroksiaseton ).[1][2]

Gliserol dehidrojenaz ile katalize edilen genel olarak gliserolün NAD + ile gliserona reaksiyonu

Bu enzim bir oksidoredüktazdır, özellikle anaerobik gliserolde rol oynayan bir metale bağımlı alkol dehidrojenazdır. metabolizma ve bir dizi izole edilmiştir bakteri, dahil olmak üzere Enterobacter aerojenleri,[3] Klebsiella aerogenes,[4] Streptococcus faecalis,[5] Erwinia aeroidea,[6] Bacillus megaterium,[7] ve Bacillus stearothermophilus. Bununla birlikte, gliserol dehidrojenaz ile ilgili çoğu çalışma, Bacillus stearothermophilus, (B. stearothermophilus) onun yüzünden termostabilite ve aşağıdaki yapısal ve fonksiyonel bilgiler, bu nedenle, öncelikle bu bakterideki enzimin karakterizasyonuna atıfta bulunacaktır.[8]

Yapısı

Gliserol dehidrojenaz, sekiz özdeş bileşenden oluşan bir homooktamerdir. monomer 370'lik tek bir polipeptit zincirinden oluşan alt birimler amino asitler (moleküler ağırlık 42,000 Da). Her alt birim, iki farklı alanda (N-terminali, 1-162 kalıntıları ve C-terminali, 163-370 kalıntıları) 9 beta tabakası ve 14 alfa heliks içerir. Bu iki alan arasında oluşan derin yarık, enzimin aktif bölgesi olarak hizmet eder. Bu aktif site bir bağlı metal iyon, bir NAD'den oluşur+ nikotinamid halka bağlama sitesi ve bir substrat bağlayıcı site.

Yapısının araştırılması B. stearothermophilus aktif bölgenin iki değerlikli bir katyon içerdiğini gösterir—çinko iyon, Zn2+. Bu çinko iyonu dört yüzlü oluşturur dipol Asp173, His256 ve His274 amino asit kalıntılarının yanı sıra bir su molekülü arasındaki etkileşimler.

NAD+ bağlayıcı site, benzer Rossmann kıvrımı N-terminal alanı içinde, enzimin yüzeyinden aktif bölgeyi içeren yarığa uzanır. Nikotinamid halkası (NAD'nin aktif bölgesi+) Asp100, Asp123, Ala124, Ser127, Leu129, Val131, Asp173, His174 ve Phe247 kalıntılarından oluşan bir yarık cebine bağlanır.

Son olarak, substrat bağlanma sahası Asp123, His256, His274 kalıntılarının yanı sıra bir su molekülünden oluşur.[9]

Fonksiyon

GldA geni, gliserol dehidrojenaz enzimi tarafından kodlanan GlyDH, gliserolün gliserona oksidasyonunu katalize eder. Gliserol kullanan daha yaygın yolların aksine, GlyDH, ATP'den bağımsız koşullar altında anaerobik metabolik yolaklarda gliserolü etkin bir şekilde oksitlemektedir (bakterilerde gliserolün parçalanmasında yararlı bir mekanizma). Ek olarak GlyDH, C2 hidroksil grubunu seçici olarak oksitleyerek bir aldehit oluşturmak için terminal bir hidroksil grubu yerine bir keton oluşturur.[10]

Mekanizma

Bu spesifik enzimin kesin mekanizması henüz karakterize edilmemiş olsa da, kinetik çalışmalar, GlyDH katalizinin Kimyasal reaksiyon

gliserol + NAD+ gliseron + NADH + H+

diğer alkol dehidrojenazlarla karşılaştırılabilir. Bu nedenle, aşağıdaki mekanizma, NAD tarafından gliserol oksidasyonunun makul bir temsilini sunar.+.

Gliserol dehidrojenazın mekanizması

NAD'den sonra+ enzime bağlandığında gliserol substrat, iki bitişik hidroksil grubu ve komşu çinko iyonu arasında iki koordineli etkileşime sahip olacak şekilde aktif bölgeye bağlanır. GlyDH daha sonra C2 hidroksil grubunun baz destekli deprotonasyonunu katalize ederek bir alkoksit oluşturur. Çinko atomu ayrıca, yüklü oksijen atomu etrafındaki fazla elektron yoğunluğu C2 karbon atomu ile bir çift bağ oluşturmak üzere kaymadan önce alkoksit ara maddesi üzerindeki negatif yükü stabilize etmeye hizmet eder. Hidrit daha sonra ikincil karbondan çıkarılır ve NAD'ye elektron transferinde bir nükleofil görevi görür.+ nikotinamid halkası. Sonuç olarak, H+ baz tarafından uzaklaştırılan, çevreleyen çözelti içine bir proton olarak salınır; ardından ürün gliseron, ardından GlyDH tarafından NADH salımı.[11]

Endüstriyel Çıkarımlar

Biyodizel üretiminin artmasının bir sonucu olarak yan ürün olan ham gliserolün oluşumu da artmıştır. Gliserol yaygın olarak gıda, ilaç, kozmetik ve diğer endüstrilerde kullanılırken, artan ham gliserol üretiminin saflaştırılması ve bu endüstrilerde kullanılması çok pahalı hale gelmiştir. Bu nedenle, araştırmacılar düşük dereceli gliserol ürünlerini kullanmanın yeni ekonomik yollarını bulmakla ilgileniyorlar. Biyoteknoloji böyle bir tekniktir: 1,3-propandiol, 1,2-propandiol, süksinik asit, dihidroksiaseton (gliseron), hidrojen, poligliseroller ve polyesterler gibi ürünler oluşturmak için ham gliserolü parçalamak için belirli enzimlerin kullanılması. Gliserolün gliserona dönüşümü için bir katalizör olarak gliserol dehidrojenaz, bu endüstriyel amaç için araştırılan bu tür bir enzimdir.[12]

Çözülen ve depolanan yapıların tam listesi PDB bu enzim sınıfı için bilgi kutusunda bulunabilir.

Ayrıca bakınız

Referanslar

Notlar
  1. ^ Mallinder, Phillip R .; Pritchard, Andrew; Moir Anne (1992). "Bacillus stearothermophilus var. Non-diastaticus'tan bir gliserol dehidrojenazı kodlayan bir genin klonlanması ve karakterizasyonu". Gen. 110 (1): 9–16. doi:10.1016 / 0378-1119 (92) 90438-U. ISSN  0378-1119. PMID  1339360.
  2. ^ Marshall, J. H .; May, J. W .; Sloan, J. (1985). "Gliserolün Saflaştırılması ve Özellikleri: Schizosaccharomyces pombe'den NAD + 2-Oksidoredüktaz (Gliserol Dehidrojenaz)". Mikrobiyoloji. 131 (7): 1581–1588. doi:10.1099/00221287-131-7-1581. ISSN  1350-0872.
  3. ^ Burton, Robert Main; Kaplan Nathan O. (1953). "Aerobacter Aerogenes1'den DPN'ye Özgü Gliserol Dehidrojenaz". Amerikan Kimya Derneği Dergisi. 75 (4): 1005–1006. doi:10.1021 / ja01100a520. ISSN  0002-7863.
  4. ^ Lin ECC; Magasanik B (1960). "Gliserol dehidrojenazın aktivasyonu Aerobacter aerojenleri tek değerlikli katyonlar tarafından ". J. Biol. Kimya. 235: 1820–1823. PMID  14417009.
  5. ^ Jacobs, NJ; VanDemark PJ. (Nisan 1960). "Aerobik ve Anaerobik Olarak Büyüyen Streptococcus Faecalis'te Gliserol Oksidasyon mekanizmasının karşılaştırılması". Bakteriyoloji Dergisi. 79 (4): 532–538. doi:10.1128 / JB.79.4.532-538.1960. PMC  278726. PMID  14406375.
  6. ^ Sugiura, Mamoru; Oikawa, Tsutomu; Hirano, Kazuyuki; Shimizu, Hiroshi; Hirata, Fumio (1978). "Erwinia aroideae'den gliserol dehidrojenazın saflaştırılması ve bazı özellikleri". Kimya ve İlaç Bülteni. 26 (3): 716–721. doi:10.1248 / cpb.26.716. ISSN  0009-2363. PMID  647848.
  7. ^ SCHARSCHMIDT, Margrit; PFLEIDERER, Gerhard; METZ, Harald; BRÜMMER, Wolfgang (1983). "Isolierung und Charakterisierung von Glycerin-Dehydrogenase ausBacillus megaterium". Hoppe-Seyler'in Zeitschrift für physiologische Chemie'si. 364 (2): 911–922. doi:10.1515 / bchm2.1983.364.2.911. ISSN  0018-4888.
  8. ^ Spencer, P .; Bown, K.J .; Scawen, M.D .; Atkinson, T .; Gore, M.G. (1989). "Bacillus stearothermophilus'tan gliserol dehidrojenazın izolasyonu ve karakterizasyonu". Biochimica et Biophysica Açta (BBA) - Protein Yapısı ve Moleküler Enzimoloji. 994 (3): 270–279. doi:10.1016 / 0167-4838 (89) 90304-X. ISSN  0167-4838. PMID  2493267.
  9. ^ Ruzheinikov, Sergey N .; Burke, Jacky; Sedelnikova, Sveta; Baker, Patrick J .; Taylor, Robert; Bullough, Per A .; Muir, Nicola M .; Gore, Michael G .; Pirinç, David W. (2001). "Gliserol Dehidrojenaz" (PDF). Yapısı. 9 (9): 789–802. doi:10.1016 / S0969-2126 (01) 00645-1. ISSN  0969-2126. PMID  11566129.
  10. ^ Leichus, Betty N .; Blanchard, John S. (1994). "Gliserol Dehidrojenaz Tarafından Katalize Edilen Reaksiyonun İzotopik Analizi". Biyokimya. 33 (48): 14642–14649. doi:10.1021 / bi00252a033. ISSN  0006-2960. PMID  7981227.
  11. ^ Hammes-Schiffer, Sharon; Benkovic, Stephen J. (2006). "Protein Hareketini Katalizle İlişkilendirme". Biyokimyanın Yıllık Değerlendirmesi. 75 (1): 519–541. doi:10.1146 / annurev.biochem.75.103004.142800. ISSN  0066-4154. PMID  16756501.
  12. ^ Pachauri, Naresh; O Brian. (Temmuz 2006). "Biyodizel Üretiminden Ham Gliserolün Katma Değerli Kullanımı: Mevcut Araştırma Faaliyetleri Üzerine Bir Araştırma" (PDF). Amerikan Ziraat ve Biyoloji Mühendisleri Derneği.
Kaynakça
  • Asnis RE, Brodie AF (1953). "Gliserol dehidrojenaz Escherichia coli". J. Biol. Kimya. 203 (1): 153–9. PMID  13069498.
  • Burton RM; Kaplan NO (1953). "DPN'ye özgü gliserol dehidrojenaz Aerobacter aerojenleri". J. Am. Chem. Soc. 75 (4): 1005–1007. doi:10.1021 / ja01100a520.
  • Lin ECC; Magasanik B (1960). "Gliserol dehidrojenazın aktivasyonu Aerobacter aerojenleri tek değerlikli katyonlar tarafından ". J. Biol. Kimya. 235: 1820–1823. PMID  14417009.