Galaktoza oksidaz - Galactose oxidase - Wikipedia

Galaktoza oksidaz
1gog.jpg
Galaktoz oksidazning kristall tuzilishi uchta domenni ko'rsatmoqda: 1-domen (ko'k), 2-domen (yashil) va 3-domen (qizil)
Identifikatorlar
EC raqami1.1.3.9
CAS raqami9028-79-9
Ma'lumotlar bazalari
IntEnzIntEnz ko'rinishi
BRENDABRENDA kirish
ExPASyNiceZyme ko'rinishi
KEGGKEGG-ga kirish
MetaCycmetabolik yo'l
PRIAMprofil
PDB tuzilmalarRCSB PDB PDBe PDBsum
Gen ontologiyasiAmiGO / QuickGO

Galaktoza oksidaz (D-galaktoza: kislorod 6-oksidoreduktaza, D-galaktoz oksidaza, beta-galaktoz oksidaza; qisqartirilgan GAO, GAOX, GOAZ; EC 1.1.3.9 ) an ferment bu kataliz qiladi oksidlanish ning D-galaktoza ning ba'zi turlarida qo'ziqorinlar.[1][2]

Galaktoza oksidaza oilasiga mansub oksidoreduktazalar. Mis ioni a sifatida talab qilinadi kofaktor galaktoz oksidaza uchun. Galaktoza oksidazning ajoyib xususiyati shundaki, u a erkin radikal ferment.[3][4] Uning katalitik sayt tarkibida erkin radikal mavjud ligand mis markaziga muvofiqlashtirish.[4] Ushbu erkin radikal ligand kovalent ravishda o'zaro bog'langan sistein va tirozin davomida hosil bo'lgan yon zanjirlar tarjimadan keyingi modifikatsiya.[3][4]

Fon

Kabi bir qancha qo'ziqorin turlarida uchraydi Fusarium graminearum NRRL 2903 (ilgari noto'g'ri identifikatsiya qilingan Daktiliy dendroidlari),[5] va boshqa turlari Fusarium va Aspergillus avlodlar,[1] galaktoza oksidaza birinchi marta 1959 yilda ajratilgan.[6] Ushbu ferment zamburug'lar tomonidan hujayradan tashqaridagi bo'shliqda ishlash uchun ajralib chiqadi.[1][3][7] Garchi D-galaktozaning oksidlanish reaktsiyasi galaktoza oksidaza nomini bergan bo'lsa-da, juftlashgan reduksiyasi dioksigen ga vodorod peroksid xamirturushlarda ko'proq fiziologik ahamiyatga ega deb ishoniladi.[3][4] Xamirturushlar tomonidan shu tarzda ishlab chiqarilishi mumkin bo'lgan vodorod peroksid ehtimol a bakteriostatik vosita.[3]

Protein tuzilishi

Galaktoza oksidaz tarkibida 639 mavjud aminokislotalar.[1] Bu bitta peptid monomer uchta b tuzilishga ega domenlar.[1][7] 1-domen (qoldiqlar 1-155) a b-sendvich sakkiz antiparalleldan iborat b-iplar.[3] U Na uchun ulanish mumkin bo'lgan saytni o'z ichiga oladi+ yoki Ca2+, bu protein tarkibidagi tarkibiy rollarni bajarishi mumkin.[3] Domain 1-ning yana bir xususiyati fermentni hujayradan tashqari uglevodlarga bog'lashga yo'naltiradigan uglevodlarni bog'laydigan joyning mavjudligidir.[3] 2-domen (qoldiqlar 156-552) misni bog'laydigan joyni o'z ichiga oladi.[1] 2-domendagi b-simlar yetti marta parvona sifatida tashkil etilgan,[1] va ettita tarkibiy bo'linmaning har biri to'rtta antiparallel b-qatorlaridan tashkil topgan subdomain.[3] 3-domen (qoldiqlar 553-639) ettita anti-parallel b-ipdan iborat va 2-domen ustida "shapka" hosil qiladi. histidin (His581) 3-domen ligand mis uchun, fermentning metall tarkibidagi faol joyiga hissa qo'shadi.[1]

Faol sayt

Ko'rsatilgan koordinatsion ligandlar bilan galaktoz oksidazning faol joy tuzilishi. Trp290 ning indol halqasi faol saytni himoya qiluvchi "qalqon" hosil qiladi. Uzaygan mis-erituvchi bog'lanishiga e'tibor bering.

Galaktoza oksidaza - bu a mis oqsilining II turi.[1][8] U kvadrat planar yoki kvadrat asosli piramidalni qabul qiladigan bitta mis markazini o'z ichiga oladi muvofiqlashtirish geometriyasi.[3][4][9] Mis markazida beshta muvofiqlashtiruvchi ligand mavjud: ikkitasi tirozinlar (Tyr272 va Tyr495), ikkitasi histidinlar (His496 va His581) va odatda suv bo'lgan erituvchi molekulasi.[3][4] Galaktoz oksidaza faol uchastkasidagi mis "buzilgan kvadrat piramidal" koordinatsiya geometriyasiga ega deb ta'riflanadi.[3][4] Tyr495 - bu eksenel ligand, qolgan to'rt ligand esa taxminan tekislikda yotadi. Ikkala histidinlar mis bilan koordinatalanadi 3-azot.[3] Mis-H2O bog'lanish eng uzoq muddatdir koordinatali bog'lanish;[3][4] bu labil va substrat molekulasi bilan almashtirilishi mumkin. Tyr272 a hosil qiladi dimer sistein bilan (Cys228) tirosinning orto uglerodi va sisteinning oltingugurt atomi orqali Rentgenologik kristallografiya tadqiqotlar.[1][3][4][10] Tyr-Cys o'zaro bog'liqligi Tyr272 ning strukturaviy moslashuvchanligini pasaytiradi.[3] Ushbu o'zaro bog'liq tirozinat ham erkin radikal hisoblanadi. Galaktoza oksidazning to'liq oksidlangan shaklida erkin radikallar mis (II) markaziga qo'shiladi antiferromagnetik jihatdan tomonidan qo'llab-quvvatlanadi EPR spektroskopik tadqiqotlari.[4][6] Bundan tashqari, o'zaro bog'liqlikni shakllantirish tioeter aloqasi tushirishiga ishoniladi oksidlanish potentsiali Tyr272 dan fenoksid, bu fenoksilni osonroq oksidlanib, translyatsiyadan keyingi modifikatsiyada radikal hosil qiladi.[1][3][8]

Galaktoza oksidazdagi erkin radikal ko'plab boshqa oqsil radikallariga nisbatan odatdagidan barqaror.[2][3] Erkin radikal ligand asosan ikki yo'l bilan stabillashadi. Birinchidan, aniqlanganidek hisoblash kimyosi o'rganilsa, juftlanmagan elektron orqali barqarorlashadi delokalizatsiya tomonidan aromatik halqa tirozin va o'zaro bog'liq sistein oltingugurtidan iborat bo'lib, Tyr272 ning kislorod atomi yuqori juftlanmagan elektron zichligi.[1][4][9] Ba'zi eksperimental dalillar shuni ko'rsatadiki, eksenel Tyr495 ham juft bo'lmagan elektron delokalizatsiyasida ishtirok etadi.[3] Ikkinchidan indol halqa triptofan (Trp290) tirozin-sisteinning tepasida va unga parallel bo'lib, o'zini tashqi hal qiluvchi muhitidan radikalni himoya qiladigan qalqon kabi tutadi.[1][3][4] Qo'llab-quvvatlovchi dalillar shundan kelib chiqadi mutatsiya bu triptofan qoldig'i galaktoza oksidaza faol shaklining pastroq barqarorligiga olib keladi.[3] Bundan tashqari, tashqi soha faol uchastkaning faol qismini a beradigan ko'plab aromatik qoldiqlardan iborat hidrofob belgi.[3] Bundan tashqari, keng vodorod bilan bog'lanish tarmoqlar faol saytni o'rab oladi.[3]

Reaksiya

Xamirturushlarda galaktoza oksidaza quyidagi reaktsiyani katalizlaydi:[1][4]

D-galaktoza + O2 D-galakto-geksodialoz dozasi + H2O2

Ushbu reaktsiya asosan birlamchi oksidlanishdir spirtli ichimliklar foydalanish dioksigen mos keladigan shaklni yaratish aldegid va vodorod peroksid.[1][4] Galaktoza oksidaza galaktozadan tashqari turli xil birlamchi spirtlarni katalizatsiyalashga qodir ekanligi ko'rsatilgan.[2][3] Aslida galaktoza oksidaza katalizlaydi dihidroksiatseton galaktozaga nisbatan uch baravar tezroq.[3] Reaksiya regioselektiv, u ikkilamchi spirtni oksidlay olmaydi.[3]

Ushbu ikki elektronli oksidlanishga ikki marta oksidlanish-qaytarilish uchastkasi erishiladi: mis (II) metall markazi va erkin radikal, ularning har biri substratdan bitta elektronni qabul qilishga qodir.[4] Ushbu ikki oksidlanish-qaytarilish markazida uchta oksidlanish darajasi mavjud.[4] Galaktoza oksidazning katalitik tsiklida to'liq oksidlangan va to'liq qaytarilgan shakl orasidagi fermentlar xizmat qiladi.[4] Yarim oksidlangan shakl - faol bo'lmagan shakl.

GAOX ning oksidlanish-qaytarilish sxemasi va uchta oksidlanish darajasi

Katalitik mexanizm

"Ping-pong mexanizmi" deb nomlangan qabul qilingan katalitik mexanizm to'rt asosiy bosqichdan iborat.[1][4][9][11] Birinchi bosqich substratning ikki marta oksidlanish-qaytarilish markazi tomonidan oksidlanishidir. Keyin gidroksil substrat alkogol guruhi erituvchining koordinatsion maydonini egallaydi, gidroksil guruhi Tyr495 tomonidan deprotonatsiyalanadi, so'ngra Tyr495 ajralib chiqadi.[12][1] Ushbu qadam spirtli ichimliklarni oksidlanishga ko'proq moyil qiladi.[4] Keyinchalik gidroksil guruhi biriktirilgan ugleroddagi proton substratning oksidlanishi bilan qo'shilib Tyr272 (vodorod akseptori sifatida xizmat qiladi) ga o'tkaziladi. Bitta elektron radikal ligandga, boshqa elektron mis (II) markaziga boradi, natijada u mis (I) ga kamayadi. Shu bilan birga, Tyr272 radikali ham kamayadi.[4] Protonni ayirish bosqichi stavkani aniqlash va stereospetsifik chunki faqat pro-S spirtli ugleroddagi vodorod yo'q qilinadi (uning kinetik izotop ta'sirini o'rganish bilan qo'llab-quvvatlanadi).[1][3][4] 1-bosqichning umumiy natijasi ikkita vodorod atomini va substratdan ikkita elektronni olib tashlashdan iborat bo'lib, ularning tartibi aniq emas.[1][4] Ikkinchi bosqich - oksidlangan substratning chiqarilishi (bu holda aldegid) va substratni muvofiqlashtirish joyida dioksigenni muvofiqlashtirish. Uchinchi bosqichda dioksigen mis (I) bilan tezda kamayib, hosil bo'ladi superoksid. Superoksid Tyr272 dan proton va elektronni ajratib olib, tirozin radikalini qayta hosil qiluvchi reaktiv turdir. To'rtinchi bosqichda gidroperoksid Tyr496 deprotonatsiyalanadi va H shaklida ajralib chiqadi2O2. Keyinchalik Tyr496 ning eksenel koordinatsiyasi va yangi substrat molekulasining mis markaziga ekvatorial koordinatsiyasi fermentning aylanishini yakunlaydi.

Galaktoza oksidazning katalitik mexanizmi

Tarjimadan keyingi modifikatsiya

Prepro -GAOX (signal ketma-ketligi bilan galaktoza oksidaza) ikki marta qayta ishlanadi proteolitik parchalanish ichida etakchining ketma-ketligi etuk GAOX peptidini (pro-GAOX) hosil qilish uchun.[3] Birinchi dekolte 24 ta aminokislotaning ketma-ketligini olib tashlaydi peptidaza signali.[3] Ikkinchi dekolte yana 17 ta aminokislotadan iborat ketma-ketlikni olib tashlaydi.[3]

Tyr272 va Cys228 orasidagi kovalent bog'lanish keyin shakllanadi pro -GAOX tayyorlandi.[4] Ushbu modifikatsiyaning paydo bo'lishi boshqa "yordamchi" oqsillarni talab qilmaydigan ko'rinadi.[3][10] Ushbu kovalent bog'lanishni shakllantirishning amaldagi mexanizmi mis (I) va dioksigenga bo'lgan ehtiyojni taklif qiladi.[3][4] Ushbu tirozin-sisteinni bog'lash mexanizmi to'liq tushunilmagan, ammo bir nechta muhim voqealar bashorat qilingan:[1] mis (I) faol maydonda (kelajakda) Tyr272 va gistidinlar bilan koordinatalar. Dioksigenning faol uchastka kompleksi bilan reaktsiyasi erkin radikal hosil qiladi oraliq. Erkin radikalning ikkita mumkin bo'lgan shakli, thiyl va fenoksil, mumkin;[3] tiyil radikalini fenolga qo'shilishi yoki fenoksil radikalining tiolga qo'shilishi sisteinning oltingugurt atomi va tirozinning aromatik halqasi o'rtasida kovalent bog'lanishni hosil qiladi;[2] Ikkinchi dioksigen molekulasi o'zaro bog'liq tirozin-sistein bilan muvofiqlashtirilgan mis markazi bilan reaksiyaga kirishib, radikal-mis kompleksini hosil qiladi.[3][4]

Ilovalar

Bioanaliz

Galaktoza kabi namunalardagi biomolekulalarni kislorodni aniqlash usuli yordamida aniqlash mumkin, chunki kislorodning bitta ekvivalent sarflanishi oksidlangan bitta ekvivalent gidroksil guruhiga to'g'ri keladi.[3] Substrat oksidlanish jarayonida vodorod peroksid hosil bo'lishi uchun ham foydalanish mumkin kolorimetrik galaktozani vodorod peroksid bilan oksidlanadigan bo'yoqlar yordamida aniqlash.[3] Odatda uglevodlar birlamchi gidroksil guruhlariga ega bo'lishi mumkinligi sababli galaktoza oksidaza hujayralar yuzasini o'zgartirish uchun ishlatilishi mumkin glikoproteinlar hujayra yorlig'iga erishish.[3]

Organik sintez

Galaktoza oksidaz a sifatida ishlatilgan biokatalizator sintezida aldegidlar va karbon kislotalari birlamchi spirtlardan.[3]

Biomimetik birikmalar

Galaktoz oksidaza mexanizmi haqidagi tushunchamiz tadqiqotchilarga galaktoza oksidaza tuzilishi va funktsiyasini taqlid qiluvchi model birikmalarini ishlab chiqishga ilhomlantiradi.[4] Ma'lum bo'lishicha, mis va erkin radikal o'rtasida elektronlar almashinuvi ushbu birikmalarni sintez qilishda muhim omil hisoblanadi.[4] GAOXning birinchi model birikmasi [Cu (II) (dnc)] dan foydalanadi dikamin (dnckabi xelatlangan ligand.[3] Boshqa model birikmalar o'rganilgan va adabiyotlarda xabar berilgan.[6][8][9][13][14]

Adabiyotlar

  1. ^ a b v d e f g h men j k l m n o p q r s t Bertini I, Sigel A, Sigel H, nashrlar. (2001). Metalloproteinlar bo'yicha qo'llanma. Nyu-York, NY [u.a.]: Dekker. ISBN  978-0824705206.
  2. ^ a b v d Tkac J, Vostiar I, Gemeiner P, Sturdik E (may 2002). "Galaktoza oksidazning faol uchastkasi va grafit elektrod o'rtasidagi to'g'ridan-to'g'ri elektron aloqaning bilvosita dalili". Bioelektrokimyo. 56 (1–2): 23–5. doi:10.1016 / s1567-5394 (02) 00043-9. PMID  12009437.
  3. ^ a b v d e f g h men j k l m n o p q r s t siz v w x y z aa ab ak reklama ae af ag ah ai aj ak al am Whittaker JW (2002). "Galaktoza oksidaz". Proteinlar kimyosidagi yutuqlar. 60: 1–49. doi:10.1016 / s0065-3233 (02) 60050-6. ISBN  9780120342600. PMID  12418174.
  4. ^ a b v d e f g h men j k l m n o p q r s t siz v w x y z aa Bertini I, Grey HB, Stiefel EI, Valentine JS, nashr. (2006). Biologik anorganik kimyo: tuzilishi va reaktivligi. Sausalito, Kaliforniya: Universitet ilmiy kitoblari. ISBN  978-1891389436.
  5. ^ Ögel Z (1994 yil aprel). "Galaktoz oksidaza ishlab chiqaruvchi Cladobotryum (Dactylium) dendroides NRRL 2903 qo'ziqorinidagi tsellyuloza tetiklanadigan sporulyatsiya va uni Fusarium turi sifatida qayta aniqlash". Mikologik tadqiqotlar. 98 (4): 474–480. doi:10.1016 / S0953-7562 (09) 81207-0.
  6. ^ a b v Vang Y, Stack TD (1996 yil yanvar). "Galaktoz oksidaza model komplekslari: katalitik reaktivliklar". Amerika Kimyo Jamiyati jurnali. 118 (51): 13097–13098. doi:10.1021 / ja9621354.
  7. ^ a b Baron AJ, Stivens C, Uilmot C, Seneviratne KD, Bleykli V, Dooley DM, Fillips SE, Noulez PF, McPherson MJ (oktyabr 1994). "Galaktoza oksidaza tuzilishi va mexanizmi. Erkin radikallar maydoni". Biologik kimyo jurnali. 269 (40): 25095–105. PMID  7929198.
  8. ^ a b v Wendt F, Rolff M, Thimm V, Näther C, Tuczek F (noyabr 2013). "Galaktoz oksidazaning kichik molekulali model tizimi: geometriya, reaktivlik va elektron tuzilish". Zeitschrift für Anorganische und Allgemeine Chemie. 639 (14): 2502–2509. doi:10.1002 / zaac.201300475.
  9. ^ a b v d Gamez P, Koval IA, Reedijk J (2004 yil dekabr). "Biokimyoviy galaktoz oksidaza va gemosiyanin, ikki dioksigenni qayta ishlaydigan mis oqsillari". Dalton operatsiyalari (24): 4079–88. doi:10.1039 / b413535k. PMID  15573156.
  10. ^ a b Ito N, Phillips SE, Stivens C, Ogel ZB, McPherson MJ, Keen JN, Yadav KD, Knowles PF (mart 1991). "Galaktoza oksidazning 1,7 kristalli tuzilishi bilan aniqlangan yangi tioeter aloqasi". Tabiat. 350 (6313): 87–90. doi:10.1038 / 350087a0. PMID  2002850. S2CID  4345713.
  11. ^ Himo F, Siegbahn PE (iyun 2003). "Radikal o'z ichiga olgan fermentlarni kvant kimyoviy tadqiqotlar". Kimyoviy sharhlar. 103 (6): 2421–56. doi:10.1021 / cr020436s. PMID  12797836.
  12. ^ Whittaker JW (2003 yil iyun). "Galaktoza oksidaza bilan erkin radikal kataliz". Kimyoviy sharhlar. 103 (6): 2347–63. doi:10.1021 / cr020425z. PMID  12797833.
  13. ^ Taki M, Kumei H, Nagatomo S, Kitagava T, Itoh S, Fukuzumi S (aprel 2000). "Ikki xil fenol guruhini o'z ichiga olgan galaktoz oksidaza uchun faol sayt modellari". Inorganica Chimica Acta. 300-302: 622–632. doi:10.1016 / S0020-1693 (99) 00579-4.
  14. ^ Vang Y, DuBois JL, Hedman B, Xojson KO, Stack TD (yanvar, 1998). "Katalitik galaktoz oksidaza modellari: biomimetik Cu (II) -fenoksil-radikal reaktivligi". Ilm-fan. 279 (5350): 537–40. Bibcode:1998 yil ... 279..537W. doi:10.1126 / science.279.5350.537. PMID  9438841.