모르피논환원효소

Morphinone reductase

모르피논 환원효소는 모르피논과 코디논의 탄소-탄소 이중결합의 NADH 의존성 포화를 촉매하여 [1]각각 하이드로모르폰과 하이드로코돈을 생성하는 효소이다.이러한 포화 반응은 FMN 보조 인자에 의해 보조되며, 효소는 α/β-배럴 플라보단백질군의 구성원이다.[1]효소의 배열은 박테리아 Pseudomonas putida[2] M10에서 얻었으며 효모와 다른 박테리아 [4]종에서 성공적으로[3] 발현되었다.효소는 효모종의 [5]플라빈 의존성 레독스 생체 촉매의 큰 그룹인 올드 옐로우 효소 및 칸디다 알비칸스의 [4]에스트로겐 결합 단백질과 높은 배열과 구조적 유사성을 가지고 있는 것으로 보고되었다.이 효소는 미생물에서 [6]반수술 약물의 생합성 가치를 입증하여 BIA [7][8]생합성의 화학적 다양성을 확장하였다.

효소구조

모르피논환원효소(Morphinone reducactase)는 2개의 8배 α/β-배럴 도메인으로 이루어진 이합체 플라보엔자임으로,[9] 각각 배럴의 중앙 및 C 말단을 향해 위치하는 비공유결합 FMN 보철기를 가진다.활성 부위에서 Cys-191 잔기는 a/γ 불포화 에논과의 산화적 반반응에서 양성자 공여체 역할을 한다.잔류물 His-186 및 Asn-189는 리간드 결합에 관여하며,[10] Old Yellow Eyzes에서도 관찰되는 보존된 특성을 나타낸다.잔류물 Arg-238은 플라빈 이소알록사진 고리의 N-1/C-2 카르보닐 영역 근처에 위치하기 때문에 플라빈과의 주요 상호작용에 기여하여 효소 환원 중에 발생하는 음전하를 안정화시킨다.

모르피논 환원효소 단일 서브유닛의 3D 구조.비공유 결합 FMN 보철기는 스틱으로 표시됩니다.PDB ID: 1GWJ.[9] PyMOL에 의해 생성된 수치입니다.
FMN 보철기 및 모르피논 환원효소의 [11]활성 부위의 주요 잔류물.

효소 촉매 작용

모르피논 환원효소는 모르피논과 코디논의 두 가지 기질을 취하여 각각 하이드로모르폰과 하이드로코돈으로 변환한다.이 촉매 작용은 Pseudomonas putida M10에서 모르핀과 코데인의 분해 경로의 일부입니다. 모르핀 탈수소효소와 모르피논 환원효소는 함께 모르핀을 하이드로모르폰으로, 코데인을 하이드로콘돈으로 [1]변환하는 2단계 촉매 작용을 형성합니다.

Pseudomonas putida M10의 [1]모르핀 분해 경로의 초기 단계.
모르피논 환원효소에 [12]의해 촉매되는 제안된 환원 메커니즘.

보철기 FMN은 모르피논 환원효소에 [1]의해 촉매되는 산화환원 반응의 보조인자로 작용한다.모르피논을 하이드로모르폰으로 환원할 때2 FMNH는 FMN으로 산화되고, FMNH는 NADH(및+ H)에 의해 환원되어2 FMNH를 재생한다. 이전 연구에서는[1][9] NADPH를 환원제로 사용할 수 없음을 보여 NADH에 대한 효소의 특이성을 기질로 제시했다.연구에 따르면 모르피논 환원효소의 플라빈 환원 메커니즘은 FMN [12][13]환원 전에 E-NADH 전하 전달 중간체의 신속한 형성을 수반한다.효소는 FMN 보조인자(상태 C)의 환원된 형태를 재생하기 전에 산화효소(상태 A)가 효소-보효소 전하 전달 중간체(상태 B)를 거치는 2단계 운동 모델을 적응시키는 것으로 제안되었다.환원 메커니즘은 FMN의 N5 원자에서 2-시클로헥세논으로의 수소 이온 전달을 포함합니다.포화 반응에 대한 다른 양성자 공여자는 여전히 [9]불확실했다.

정상 상태 역동 실험에서는 모르피논 환원효소가 알칼로이드 기질, 즉 모르피논과 코디논이 혼합된 두 부위의 탁구 운동[1] 메커니즘을 따를 수 있음을 시사했다.별도의 부위에서 독립적으로 결합하고 순차적 산화환원반응은 산화환원 활성 보철기(FMN)를 통해 결합 부위 간에 전달되는 등가물을 감소시킴으로써 촉진된다.

잠재적인 규제 메커니즘

효소는 에스트로겐의 결합이 2-시클로헥세논의 감소를 막는 균종인 칸디다 알비칸스의 [1][14]에스트로겐 결합 단백질과 매우 유사한 것으로 나타났다.또한 이전 실험 특성화[1] 결과에 따르면 모르피논 환원효소 활성은 프로게스테론과 코르티손에 의해 경쟁적으로 억제되며, 이는 모르피논 환원효소의 조절 메커니즘이 에스트로겐 결합 단백질과 구조적으로 유사할 수 있음을 나타낸다.

산업관련성

이 효소는 하이드로모르폰과 하이드로코돈을 생산하는데, 둘 다 가치 있는 반합성 아편제 약물이다.하이드로모르폰은 강력한 진통제로 [15]모르핀보다 더 강력한 것으로 나타났다.하이드로코돈은 FDA가 승인한 가벼운 진통제이며 [16]진통제이다.

특히 모르핀과 코데인은 아편 양귀비 식물의 아편 생합성 경로의 천연산물이다.유전자 공학 및 대사 공학에서의 현대 기술은 [17]미생물의 이러한 자연 생산물의 생산을 가능하게 했다.아편 화합물의 완전한 생합성은 유전적으로 다루기 쉬운 생물인 사카로미세스 세레비시아이와[3] [18]대장균에서 달성되었다.모르피논 환원효소는 또한 이 두 [3][4][19]유기체에서 성공적으로 발현되었다.이 효소는 미생물에서 [6]귀중한 반합성 아편제 약물의 생합성을 가능하게 하는 아편제 화합물의 하류 수정에 유망한 후보이다.예를 들어 [3]효모에서 히드로코돈의 탈노보 생합성 경로의 일부로 모르피논 환원효소를 사용하였다.

레퍼런스

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