할로히드린탈할로게나아제

Halohydrin dehalogenase

할로히드린 탈할로게나아제는 바이시날 할로히드린의 세균 분해에 관여하는 효소이다.여러 종류의 박테리아에서 할로히드린의 탈할로겐화를 촉매하여 대응하는 에폭시드를 [1]생성한다.효소의 다른 동질체는 A, B 또는 [2]C의 세 가지 그룹 중 하나로 분류된다.같은 종류의 할로겐화효소는 유전적으로 유사하지만 다른 [2][3]그룹의 할로겐화효소와는 크게 다르다.현재 가장 잘 연구되고 있는 동질체는 아그로박테륨라디오박터균에서 [4]정제된 HheC이다.에난티오머 선택적 에폭시드를 형성할 뿐만 아니라 유기 화합물을 탈할로겐화하는 능력은 생화학 [5]분야에서 이 효소의 잠재력에 대한 관심을 불러일으켰다.

구조.

현재 알려진 3가지 할로히드린 탈할로게나아제 클래스 중 단 2개만 X선 결정학 [6][7]연구에 의해 기술되었다.단, 이들 두 클래스는 모두 유사한 구조를 가지며 (1)과 같이 설명할 수 있다.할로히드린탈할로게나아제는 이합체의 [8]이합체 대칭 특성을 가진 4량체로서 구조화되어 있다.[3]각 단량체 서브유닛은 7개의 알파나선과 9개의 [3]베타시트로 구성됩니다.이러한 단량체는 가장 긴 두 개의 알파 나선형을 통해 상호작용하여 알파 나선 다발을 형성하여 이합체를 형성합니다.최종 4차 구조는 2개의 이합체가 서로 다른 알파 나선형 및 반평행 베타 시트를 통해 상호작용할 때 형성된다. 베타 시트의 상호작용은 소수성과 정전 [8]흡인력의 조합으로 생각된다.

효소 테트라머에는 단량체 서브유닛당 약 1개의 촉매 부위가 있어 총 4개의 가능한 촉매 부위가 있습니다.활성 부위는 Ser132-Tyr145-Arg149 촉매 [3]3중합체로 구성됩니다.세린과 티로신 잔기는 기질과 그 중간체를 안정시키는 기능을 하며, 아르기닌은 Tyr145의 pKa를 변화시켜 촉매적으로 [8]활성화시킨다.

메커니즘

할로히드린 탈할로게나아제는 바이시날 하이드록실기에서 [8][3]에폭시드를 형성함으로써 카본-할로겐 결합을 기계적으로 분해한다.기질은 Ser132와 Tyr145의 탈양성자 형태로 조정된 수소 결합을 통해 활성 부위에 결합합니다.Arg149 잔기에 의해 Tyr145를 탈양성자화하지 못하면 효소와 기질 간의 상호작용이 불안정해져 생물학적 활성이 저하된다.Tyr145의 산소는 기질의 하이드록실기를 탈양성자화합니다.탈양성자 산소는 친핵체로 작용하며 할로겐에 결합된 바이시널 카본에 Sn2 반응을 수행합니다. 이것은 할로겐 이온을 방출하고 동시에 에폭시드를 형성합니다.탈할로게나아제는 또한 에폭시드의 고리 개방을 촉매할 수 있다.활성 부위는 에폭시드에 대한 친핵 공격을 수행할 수 있는 친핵체를 수용할 수 있을 정도로 충분히 크고, 에폭시드 고리를 열고 [8]기질에 새로운 관능기를 추가합니다.

할로히드린탈할로게나아제 전반적 역학적 작용

생성물의 기하학적 형태에 관해 A급 및 B급 탈할로게나아제 모두 (S)-에폭시드 [9][10]이성질체에 대한 선택 선호도가 낮다.단, C급 효소에 의해 촉매되는 (R)-에폭시드 이성질체, 특히 HHeC의 형성에 대한 선호도는 높다.한 연구에서는 HHeC가 최대 99%의 에폭시드를 촉매([8]R)했다고 보고했습니다.그러나, 이 효소를 정제해 산업 규모로 활용하는 기술은 아직 [11]최적화되지 않았다.

레퍼런스

  1. ^ Fauzi AM, Hardman DJ, Bull AT (1996). "Biodehalogenation of low concentrations of 1,3-dichloropropanol by mono- and mixed cultures of bacteria". Appl Microbiol Biotechnol. 46 (5–6): 660–666. doi:10.1007/s002530050877. PMID 9008896. S2CID 43047193.
  2. ^ a b van Hylckama Vlieg JE, Tang LX, Lutje Spelberg JH, Smilda T, Poelarends GJ, Bosma T, van van Merode AE, Fraaije MW, Janssen DB (2001). "Halohydrin dehalogenases are structurally and mechanistically related to shortchain dehydrogenases/reductases". J Bacteriol. 183 (17): 5058–5066. doi:10.1128/jb.183.17.5058-5066.2001. PMC 95381. PMID 11489858.
  3. ^ a b c d e You ZY, Liu ZQ, Zheng YG (2013). "Properties and biotechnological applications of halohydrin dehalogenases: current state and future perspectives". Appl Microbiol Biotechnol. 97 (1): 9–21. doi:10.1007/s00253-012-4523-0. PMID 23111599. S2CID 6884454.
  4. ^ "Biodegradation of halogenated pollutants". 7 July 2011.
  5. ^ Choi WJ, Choi CY (2005). "Production of chiral epoxides: epoxide hydrolase-catalyzed enantioselective hydrolysis". Biotechnol Bioprocess. 10 (3): 167–179. doi:10.1007/bf02932009. S2CID 84358740.
  6. ^ de Jong RM, Rozeboom HJ, Kalk KH, Tang LX, Janssen DB, Dijkstra BW (2002). "Crystallization and preliminary X-ray analysis of an enantioselective halohydrin dehalogenase from Agrobacterium radiobacter AD1". Acta Crystallogr D. 58 (Pt 1): 176–178. doi:10.1107/s0907444901019618. PMID 11752805.
  7. ^ de Jong RM, Kalk KH, Tang L, Janssen DB, Dijkstra BW (2006). "The X-ray structure of the haloalcohol dehalogenase HheA from Arthrobacter sp. strain AD2: insight into enantioselectivity and halide binding in the haloalcohol dehalogenase family". J Bacteriol. 188 (11): 4051–4056. doi:10.1128/jb.01866-05. PMC 1482898. PMID 16707696.
  8. ^ a b c d e f de Jong RM, Tiesinga JJ, Rozeboom HJ, Kalk KH, Tang L, Janssen DB, Dijkstra BW (2003). "Structure and mechanism of a bacterial haloalcohol dehalogenase: a new variation of the short-chain dehydrogenase/reductase fold without an NAD(P)H binding site". EMBO J. 22 (19): 4933–4944. doi:10.1093/emboj/cdg479. PMC 204463. PMID 14517233.
  9. ^ Tang LX, Zhu XC, Zheng HY, Jiang RX, Elenkov MM (2012). "Key residues for controlling enantioselectivity of halohydrin dehalogenase from Arthrobacter sp. strain AD2, revealed by structure-guided directed evolution". Appl Environ Microbiol. 78 (8): 4051–4056. Bibcode:2012ApEnM..78.2631T. doi:10.1128/AEM.06586-11. PMC 3318787. PMID 22327597.
  10. ^ Elenkov MM, Hauer B, Janssen DB (2006). "Enantioselective ring opening of epoxides with cyanide catalysed by halohydrin dehalogenases: a new approach to non-racemic β-hydroxy nitriles". Advanced Synthesis & Catalysis. 348 (4–5): 579–585. doi:10.1002/adsc.200505333.
  11. ^ Assis HM, Sallis PJ, Bull AT, Hardman DJ (1998). "Biochemical characterization of a haloalcohol dehalogenase from Arthrobacter erithii H10a. Enzyme". Enzyme Microb Technol. 22 (7): 568–574. doi:10.1016/s0141-0229(97)00254-8. PMID 9621448.

외부 링크