효소 문란성

Enzyme promiscuity

효소 문란성은 주요 반응 외에 우연한 부작용을 촉매하는 효소의 능력이다.효소는 현저하게 특이적인 촉매이지만, 종종 주 촉매 [1]활성 외에 부작용도 일으킬 수 있습니다.이러한 난잡한 액티비티는 보통 메인 액티비티에 비해 느리고 중립적인 선택 하에 있습니다.통상적으로 생리적으로 무관하지만, 새로운 선택 압력 하에서 이러한 활동은 적합성 이익을 제공할 수 있으며, 따라서 이전의 문란한 활동이 새로운 주요 [2]활동이 되도록 진화를 촉진한다.그 예로는 Pseudomonas sp로부터의 아트라진 클로로히드로라아제(atzA 부호화)가 있다.멜라민 탈아미나아제(triA 부호화)에서 진화한 ADP는 인간이 만든 [3]화학물질인 아트라진에 대한 혼합 활성이 매우 적다.

서론

효소는 높은 촉매효율(kcat/KM, cf)을 가진 특정 기질상의 특정 반응을 촉매하도록 진화한다.Michaelis-Menten kinetics).그러나, 이러한 주요 활동 외에도, 그들은 일반적으로 몇 배나 낮은 다른 활동들을 가지고 있으며, 그것은 진화 선택의 결과가 아니기 때문에 [nb 1]유기체의 생리학에 참여하지 않는다.이 현상은 문란한 활동이 새로운 주요 활동으로 중복되고 선택되는 새로운 선택적 압력 하에서 피트니스 혜택을 줄 수 있기 때문에 새로운 기능을 얻을 수 있게 한다.

효소진화

중복과 발산

복제 및 전문화 사건의 순서를 예측하는 여러 이론 모델이 존재하지만, 실제 과정은 더 얽히고설키고 모호하다( ( 아래 재구성된 효소).[4]한편, 유전자 증폭은 효소 농도의 증가를 초래하고, 제한적 조절로부터 잠재적으로 자유로워지며, 따라서 생리학적으로 효소의 문란한 활성의 반응 속도(v)를 증가시켜 그 효과를 더욱 뚜렷하게 한다("유전자 용량 효과").[5]한편, 효소는 적응 충돌이 거의 없는 1차 활동("강성")에 대한 손실이 거의 없이 2차 활동을 증가시킬 수 있다( robust 아래의 [6]강성 및 가소성).

견고성과 가소성

4가지 별개의 가수분해효소(인간 혈청 파라옥소나아제(PON1), 의사모나드 포스포트리에스테라아제(PTE), 단백질 티로신 포스파타아제(PTP) 및 인간탄산 무수분해효소 II(CAI)에 대한 연구는 주요 활성이 변화를 향한 "강성"인 반면, 문란 활동은 더 "가소성"인 것으로 나타났다.특히, 주요 활동이 아닌 활동을 선택하는 것은 (지향적인 진화를 통해) 처음에는 주요 활동을 감소시키지 않지만(따라서) 선택되지 않은 활동(따라서 가소성)[6]에 크게 영향을 미친다.

슈도 모나스 diminuta의 phosphotriesterase(PTE)18라운드가 되는arylesterase(P–O C–O에 hydrolase)의 특이성(KM의 비율)에서 대부분의 변화를이 선별된 것이 아닌 흔적 PTE 활동관 진화된 arylesterase 행위이지만 성장 유지되었다 최초의 라운드에서 발생한 109변화를 얻고 발전했음.in 후자는 아릴에스테라아제 [7]활성에 유리한 잔류 PTE 활성 손실에 대한 약간의 트레이드오프가 있었다.

이는 첫째, 진화했을 때 전문적 효소(단관능성)가 일반적 단계(다기능성)를 거쳐 다시 전문가가 된다는 것을 의미하며(아마도 IAD 모델에 따른 유전자 복제 후), 둘째, 문란한 활동이 주요 활동보다 플라스틱적이라는 것을 의미한다.

재구성효소

효소 진화의 가장 최근 그리고 가장 명확한 예는 지난 60년 동안 생물 매개 효소의 증가이다.아미노산 변화가 매우 적기 때문에, 이것들은 자연에서 효소의 진화를 조사하기 위한 훌륭한 모델을 제공합니다.그러나 현존하는 효소를 사용하여 효소의 패밀리가 어떻게 진화했는지를 결정하는 것은 두 유전자가 분리되기 전에 조상의 진짜 정체를 알지 못한 채 새롭게 진화한 효소가 병변과 비교된다는 단점이 있다.이 문제는 조상 재건을 통해 해결될 수 있다.우선 1963년 라이너스 폴링과 에밀 Zuckerkandl, genes,[8]의 개선된 추론 techniques[9]과 저비용의 인공 유전자 synthesis,[10]여러 조상 enzymes—dubbed"stemzyme에 잇따라 고마워 최근 부활을 해오던 그룹의 선조형에서 조상의 복구가 그 추론과 유전자의 종합으로 제안하였다.솜에 의해 s"e[11]:[12] 조사 대상.

재구성된 효소로부터 얻은 증거는 유전자 진화의 이론적인 모델이 제시하는 것과 달리 새로운 활성이 개선되고 유전자가 복제되는 사건의 순서가 명확하지 않다는 것을 암시한다.

한 연구하는 반면 또 다른 연구 다른 horm비의 일부를 기질은 모호함과 함께 척추 동물의 조상들의 스테로이드 수용체는 에스트로겐 수용체 된 것은 포유류에서는 면역 방어 단백질 분해 효소인 프로테아제 가족의 조상의 유전자 paralogues,[11]의 현대 가족보다 더 넓은 특이성 높은 촉매 효율성을 증명했다.하나-이것들은 [13]아마 당시에는 합성되지 않았을 것이라는 것을 증명합니다.

조상의 특이성에 있어서의 이러한 변화는 다른 유전자들 사이에서뿐만 아니라 같은 유전자 패밀리 내에서도 관찰되었다.다수의 특정 말토스 유사 기질(말토스, 투라노스, 말토트리오스, 말툴로스 및 수크로스)과 이소말토스 유사 기질(이소말토스 및 팔라티노스)을 가진 다수의 평행 균류α-글루코시다아제 유전자에 비추어 볼 때, 연구는 모든 주요 조상을 재구성하고 이 평행 말토스의 마지막 공통 조상이 주로 활성 말토스에 있다는 것을 발견했다.이소알토오스 글루코시다아제 계통과 말토스 글루코시다아제 및 이소알토오스 글루코시다아제 계통을 초래함에도 불구하고 이소알토오스 유사당에 대한 미량 활성만을 가진 오세 유사 기질반대로, 후자 분할 이전의 조상은 이소말토스 유사 글루코시다아제 [4]활성이 더 뚜렷했다.

원시 대사

1976년 로이 젠슨은 대사 네트워크가 패치워크 방식으로 결합하기 위해서는 원시 효소가 매우 문란해야 한다는 이론을 세웠다.이 원시 촉매의 다용도는 나중에 고도로 촉매 특화된 직교 [14]효소에 의해 상실되었다.결과적으로, 많은 중심 동화 효소는 마지막 보편적인 공통 [15]조상 이전에 갈라진 구조적 호몰로지를 가지고 있다.

분배

난잡함은 원시적인 특성일 뿐만 아니라 현대 게놈에서 매우 널리 퍼져있는 특성이다.대장균에서 난잡한 효소 활성의 분포를 평가하기 위해 일련의 실험이 수행되었다.대장균의 경우 (Keio 컬렉션에서[16]) 테스트된 104개의 단일 유전자 녹아웃 중 21개는 (ASCA[17] 컬렉션의 플라스미드 풀 세트를 사용하여) 인지되지 않은 대장균 단백질을 과다 발현함으로써 구제될 수 있었다.인지되지 않은 ORF가 녹아웃을 구조할 수 있는 메커니즘은 아이소자임 과잉 발현(호몰로그), 기질 모호성, 수송 모호성(Scaving), 촉매 문란성, 대사 플럭스 유지(아민 전달이 없는 경우 합성효소의 큰 성분의 과잉 발현 포함)의 8가지 범주로 분류될 수 있다.se 서브유닛), 경로 바이패스, 규제 효과 및 알려지지 않은 메커니즘.[5]마찬가지로, ORF 수집을 과도하게 표현하면 대장균이 독성 [18]환경 86개 중 237개 환경에서 저항성의 수준을 넘어설 수 있었다.

호몰로지

호몰로그는 때때로 서로의 주요 [19]반응에 대해 문란함을 보이는 것으로 알려져 있다.이러한 교차 혼합성은 여러 화합물의 [20]황산염, 포스포네이트, 일인산염, 이인산염 또는 삼인산에스테르 결합에 대한 가수분해 반응을 촉매하는 알칼리 포스파타아제 슈퍼패밀리와 함께 가장 많이 연구되었다.다양성에도 불구하고, 호몰로지는 다양한 수준의 상호 문란성을 가지고 있다: 문란성의 차이는 관련된 메커니즘, 특히 [20]필요한 중간 메커니즘에 기인한다.

문란도

효소는 일반적으로 안정성과 촉매 효율 사이의 타협일 뿐만 아니라 특이성과 진화가능성을 위해, 후자의 두 가지는 효소가 일반주의자(큰 문란성으로 인해 진화가 가능하지만, 낮은 주요 활성)인지 아니면 전문가(높은 주 활성, 낮은 문란성으로 인해 진화가 잘 되지 않음)인지 지시한다.그 [21]예로는 식물의 1차 대사 및 2차 대사 효소( plant 아래 식물의 2차 대사)가 있다.예를 들어 엔테로박터 에어로겐의 글리세로포스포디에스테라아제(gpdQ)는 이온 가용성에 따라 결합하는 [22]두 가지 금속 이온에 따라 혼합 활성에 대한 다른 값을 나타냅니다.경우에 따라서는 대장균 L-Ala-D/L-Gluerase(ycJG)의 D297G 돌연변이 및 Pseudomonad muconate lactonate II의 E323G 돌연변이의 경우와 마찬가지로 활성 부위의 특이성을 단일 돌연변이로 확대함으로써 문란성을 증가시킬 수 있다.Synthase(menC).[23]반대로 여러 [24]돌연변이에 대해 파르네실 이인산으로부터 52가지 다른 세스키테펜을 생성하는 것으로 알려진 아비그란디스(Abies grandis)의 γ-후뮬렌 합성효소(sesquiterpene synthase)의 경우와 같이 문란성을 낮출 수 있다.

포유류의 트립신, 키모트립신, 그리고 Pyrococcus horikoshii의 2관능성 이소프로필말레이트 이성질화효소/호모아코니타아제 등 광범위한 특이성을 가진 효소에 대한 연구는 활성 부위 루프 이동성이 [25][26]효소의 촉매 탄성에 실질적으로 기여한다는 것을 밝혀냈다.

독성

혼합 활동은 효소가 진화하지 않고 활성 부위의 적응적 배치로 인해 발생하는 비원어민 활동이다.단, 효소의 주요 활성은 특정 기질에 대한 높은 촉매속도를 선택함으로써 특정 기질에 대한 특정 생성물을 생성하는 것뿐만 아니라 독성 또는 불필요한 [2]생성물의 생성을 회피하는 결과이다.예를 들어 tRNA가 tRNA에 잘못된 아미노산을 적재한 경우, 결과 펩타이드는 예기치 않게 특성이 변경되어 결과적으로 여러 추가 도메인이 존재한다.[27]tRNA 합성과 마찬가지로 바실루스 브레비스 아데닐로부터의 티로시딘 합성효소(tyrA)의 제1 서브유닛은 아데닐 부분을 손잡이로 사용하여 고리형 비리보솜펩티드인 티로시딘을 생성하기 위해 페닐알라닌 분자를 생성한다.효소의 특이성을 조사한 결과 페닐알라닌이 아닌 천연아미노산에는 매우 선택성이 높지만 부자연아미노산에는 [28]훨씬 내성이 있는 것으로 나타났다.구체적으로는 대부분의 아미노산이 촉매작용을 하지 않은 반면, 다음으로 촉매작용이 심한 토종 아미노산은 구조적으로 유사한 티로신이었지만 페닐알라닌의 1000분의 1 수준인 반면, D-페닐알라닌, β-시클로헥실-L-알라닌, 4-아미노-L-알라닌, 4-아미노-페닐알라닌 등 여러 부자연 아미노산은 촉매작용을 했다.e.[28]

선택된 2차 활성의 한 가지 특이한 경우는 중합효소 및 제한핵산가수분해효소이며, 여기서 잘못된 활성은 사실 충실도와 진화 가능성 사이의 타협의 결과이다.예를 들어, 제한적인 핵산 분해 효소의 부정확한 활성은 종종 유기체에 치명적이지만, 적은 양은 새로운 [29]병원균에 맞서 새로운 기능이 진화하도록 합니다.

식물 2차 대사

안토시아닌(델피니딘 사진)은 식물, 특히 꽃에 수분 매개자를 유인하기 위한 다양한 색상과 식물 2차 대사물의 전형적인 예를 제공합니다.

식물은 1차 대사에 관여하는 효소들과 달리 촉매 효율은 떨어지지만 기계적 탄력성(반응 유형)과 특이성이 더 큰 효소 덕분에 많은 2차 대사물을 생산한다.자유 드리프트 임계값(인구 크기가 작기 때문에 낮은 선택 압력에 의해 발생)은 제품 중 하나에 의해 부여된 피트니스 게인이 생리적으로 [30]쓸모없을지라도 다른 활동을 유지할 수 있도록 한다.

생체 촉매 분석

주요 기사: 생체 촉매 분석

생체 촉매 분석에서는 본질적으로 존재하지 않는 많은 반응이 요구됩니다.이를 위해, 필요한 반응에 대한 약간의 혼합 활동을 가진 효소를 확인하고 유도 진화 또는 합리적인 [31]설계를 통해 진화한다.

일반적으로 진화된 효소의 예는 케톤을 키랄아민으로[32] 대체할 수 있는 γ-트랜스아미나아제이며, 결과적으로 다른 호몰로지의 라이브러리가 신속한 생체화를 위해 시판되고 있다(예를 들어,코덱시스[33])

또 다른 예는 비단백질 아미노산을 [34]생성하기 위해 친핵세포에 대한 시스테인 합성효소(cysM)의 혼합 활성을 사용할 가능성이다.

반응 유사성

효소 반응(EC) 간의 유사성은 결합 변화, 반응 중심 또는 하위 구조 메트릭을 사용하여 계산할 수 있습니다(EC-BLAST Archived 2019-05-30 at the Wayback Machine).[35]

마약과 문란

문란성은 주로 표준 효소 역학의 관점에서 연구되는 반면, 약제 결합과 후속 반응은 효소가 촉매로 [6]진화하지 않은 새로운 기질에 대한 불활성 반응을 촉매하기 때문에 문란 활동이다.이것은 단백질에 극소수의 뚜렷한 리간드 결합 포켓이 있다는 증명 때문일 수 있다.

한편 포유류의 이종생물대사는 식물성 알칼로이드와 같이 독성이 있을 수 있는 외래 친유성 화합물을 산화, 결합 및 제거하는 광범위한 특이성을 가지도록 진화되었기 때문에 [36]인공이종생물을 해독하는 능력은 이것의 연장선상에 있다.

「 」를 참조해 주세요.

각주

  1. ^ 대부분의 저자는 [2]진화된 2차 활동이 아니라 진화된 비진화 활동을 혼합 활동이라고 부른다.따라서 글루타치온 S-전달효소(GST) 및 시토크롬 P450 모노옥시게나아제(CYP)를 다특이성 또는 광특이성 [2]효소로 한다.다른 반응을 촉매하는 능력은 종종 촉매 무질서 또는 반응 무질서라고 불리는 반면, 다른 기질에 작용하는 능력은 기질 무질서 또는 기질 모호성이라고 불립니다.잠재된 용어는 저자에 따라 다른 의미를 갖는다. 즉, 하나 또는 두 개의 잔류물이 변이될 때 발생하는 난잡한 활동을 지칭하거나 단순히 후자를 피하기 위해 난잡한 것의 동의어로 지칭한다.여기서 문란이란 음탕한 것이 아니라 혼란스러운 것을 의미합니다.후자는 최근에 얻은 [37]단어입니다.

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