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Molecular Catalysis:腈水合酶的激活卵白的研究希望

  • 分类:行业动态
  • 宣布时间:2024-09-23 10:36
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【提要形貌】腈水合酶(NHase, EC 4.2.1.84)是一种很是有价值的生物催化剂,能够在温顺的条件下将腈类化合物转化为响应的酰胺类化合物。

Molecular Catalysis:腈水合酶的激活卵白的研究希望

【提要形貌】腈水合酶(NHase, EC 4.2.1.84)是一种很是有价值的生物催化剂,能够在温顺的条件下将腈类化合物转化为响应的酰胺类化合物。

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腈水合酶NHase, EC 4.2.1.84)是一种很是有价值的生物催化剂,能够在温顺的条件下将腈类化合物转化为响应的酰胺类化合物。

许多研究团队通过盘算和实验研究剖析了腈水合酶的催化机制,阻止现在,仍存在较大的争议。现阶段被各人普遍接受的催化机制主要有以下四种:

1. 腈水合酶的催化机制

其中三种催化机制a-c均建设在推测之上,并没有直接的、强有力的依据。而催化机制d则是通过剖析腈水合酶复合物的晶体结构发现的,在PtNHase中,被氧化为半胱氨酸-次磺酸的第113位氨基酸残基作为亲核试剂可以直接攻击与金属离子配位的底物,并形成共价团结的酰亚胺中央体,一旦发生质子转移,过渡态产物酰亚胺上的碳原子(pathway B)或αCys113(pathway A)在受到水分子的亲核攻击时,酰亚胺最终异构化为酰胺。

使用腈水合酶作为生物催化剂生产的酰胺类产物在工业、农业及医药等领域有着极大的应用价值。现在,腈水合酶可用于生产丙烯酰胺和烟酰胺等小体积酰胺化合物,这类化合物已作为大宗化学品普遍使用。未来,腈水合酶还可用于合成概略积酰胺类化合物,这类化合物通常是高价值药品的质料及医药中央体,详细图2所示:

图2. 高价值酰胺类化合物及应用

腈水合酶基因簇上的激活卵白能够促进NHase的成熟,从而影响NHase的催化能力。本篇综述概述了激活卵白在机制、能量使用、无邪性和表达等方面的最新研究希望。

一、激活卵白促进NHase成熟的机制

来自差异微生物的NHase基因簇排列方式差异,差异的基因排列方式会泛起出NHase成熟的差异机制,文中展现了多种编码NHase基因的基因簇,如图3所示,其中编码NHase的典型基因簇为图3A和图3B。NHase的成熟需要NHase形成团结金属的活性中央,NHase基因簇表达出的激活卵白主要认真捕捉金属离子并运输到活性中央,通过亚基之间的调整,从而激活NHase。

3. 差异NHase基因簇的组成
本篇综述将激活卵白促进NHase成熟的机制分为两种,一种是借助激活卵白的自然成熟机制,另一种是通过亚基融合的成熟机制。

NHase自然成熟机制中,凭证活性中央团结的金属离子差异,NHase又可分为Co-NHasesFe-NHases。本综述叙述了如图4A-F所示的5种自然成熟机制,图中蓝色的球代表了Fe离子,紫色的球代表了Co离子,激活卵白用‘γ’体现。详细的自然成熟机制如表1所示,表中提及的“亚基自身交流”指的是通过α-亚基上去质子化的Cys-SO2-、Cys-SO-和β-亚基上的两个精氨酸(R52R157)之间的盐桥作用实现亚基自身交流。

图4. NHase的成熟机制

表1. NHase的自然成熟机制

表2. NHase亚基融合的成熟机制

二、激活卵白在金属离子转运历程中充当NTPase的角色

大多数的金属运输历程是和能量耦合的,这就意味着某些酶的激活需要核苷酸水解酶(NTPase)的加入。通太过析激活卵白的结构和功效,发现激活卵白具有NTPase功效,该功效能够促进金属离子的吸收和运输,导致NHase活化。
Fe-NHase具有G3E P-loop结构域,该结构域为GTPase的结构特征,同时GTPase属于G3E NTPase家族,以是凭证Fe-NHase结构确定Fe-NHase具有NTPase功效,能够团结并水解三磷酸鸟苷(GTP)。Co-NHase的基因和结构与Fe-NHase相似性很低,泛起出了ATPase(水解ATP)以及GTPase活性,其中ATPase活性更高。
Fe-NHase金属酶的成熟历程如图5所示:激活卵白首先与α-亚基之间形成络合物,然后GTP可以资助铁离子团结到α-亚基,加速了腈类物质的水相助用。最后,通过“亚基自身交流”,实现成熟的α-亚基替换脱辅基α-亚基。

图5. 在Fe-NHase成熟历程中G3E P-loop GTPase的假设作用
在某些条件下金属离子的引入不需要特另外能量,NHase能够自觉激活金属所在的活性中央的特定状态时,不需要NTP;体内NTP以分子朋侪卵白的作用促使NHase重新折叠成活性状态时,NHase也不需要体外提供能量的NTP。

三、NHase激活卵白的无邪性

NHase激活卵白的无邪性分为作用机制无邪性和位点无邪性。激活卵白的作用机制无邪性又分为① NHase基因簇内差异的基因排列意味着NHase的差异的自然成熟机制或亚基融合后的成熟机制;② NHase在体内和体外会接纳差异的成熟机制,未泉源于R. rhodochrous J1的脱辅基NHase、脱辅助因子的激活卵白和钴离子在体外混淆后,获得低活性的NHase,在相同的情形下,NHase在体内却具有活性;③ 激活卵白在NHase成熟中饰演了分子朋侪卵白、金属朋侪、NTPase等多种角色,如图6所示。
图6. 激活卵白在NHase成熟中饰演的角色
NHase激活卵白具有多种功效,每种功效在激活卵白上有差异的团结位点。此外,激活卵白的分子量较低,以是他具有一定水平的位点无邪性,特殊是Co-NHase的激活卵白。使用点突变换改了激活卵白中的守旧位点后,一些激活卵白突变体并不会影响NHase的活性。更改激活卵白的α-螺旋后,NHase的活性显著下降。以是激活卵白具有相对的位点无邪性和结构依赖性。
凭证激活卵白具有的位点无邪性和结构依赖性,可以判断NHase激活卵白是通过具有一定特征的结构促进半胱氨酸氧化,从而激活NHase。
四、NHase激活卵白的表达
NHase激活卵白的表达水平受到调治因子,碳源代谢物,金属离子,低营养水平和基因融合等因素的影响。

 

文章泉源:

作者信息:周哲敏:https://biotech.jiangnan.edu.cn/szdw1/jzyg/zg1/zzm.htm

研究偏向:发酵工程、酶催化转化。

原文链接:https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2468823124004905?via%3Dihub.

 

 
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