폴리갈락투로나아제

Polygalacturonase
폴리갈락투로나아제
Polygalacturonase.png
pH 8.5의[1] 아스페르길루스 아쿨레아투스(1IA5)에서 발견된 폴리갈락투로나아제의 컴퓨터 생성 이미지
식별자
EC 번호3.2.1.15
CAS 번호.9032-75-1
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폴리갈락투로나아제(EC 3.2.1.15)는 펙틴 탈분해효소, PG, 펙톨라제, 펙틴하이드롤라제, 폴리알파-1,4-갈락투로니드 글리카노하이드롤라아제라고도 하며 갈락투론산 잔류물 사이의 알파-1,4개의 글리코시드 결합을 가수 분해하는 효소다. 주요 성분이 갈락투론산인 폴리갈락투로난은 식물 세포벽을 구성하는 펙틴 네트워크의 중요한 탄수화물 성분이다.[2][3] 따라서 내생식물 PG의 활동은 숙성 과정에서 과일을 부드럽게 하고 달게 하는 작용을 한다. 마찬가지로 식물성 세균은 PG를 펙틴 네트워크를 약화시키는 수단으로 사용하므로 소화 효소가 식물 숙주 안으로 배설되어 영양분을 획득할 수 있다.

구조

이 효소의 다중 병렬 베타 시트는 베타 나선이라고 불리는 나선형 모양을 형성한다. 이러한 안정성이 높은 구조는 수많은 수소 결합과 가닥 사이의 이황화 결합 덕분에 펙틴의 분해에 관여하는 효소의 공통적인 특성이다.[4] 베타 나선의 내부는 소수성이다.[1]

활성 부위가 자홍색으로[5] 표시된 후사륨 모닐리폼(1HG8)의 폴리갈락투로나아제 이미지

X선 결정학은 여러 유기체에 있는 여러 PG의 3차원 구조를 결정하는 데 이용되어 왔다. 콜레토트리쿰 루피니,[6] 아스페르길루스 아쿨레아투스,[1] 아스페르길루스 니제르(PG1과[7] PG2)의[8] 곰팡이 PG가 결정화됐다. 에르위니아 카로토보라와[9] 바실러스 미분열과[4] 같은 박테리아에서 나온 PG 또한 결정화되었다.

후사륨 단일형 PG의 활성 부지는 6개의 충전 아미노산 잔류물로 구성되어 있는데, H188, R267, K269는 기질 결합에 관여하고, D212(일반산)는 글리코사이딕 산소에 양성자 기증을 담당하며, D213과 D191은 핵소피질 공격을 위해 HO를2 활성화한다.[5]

메커니즘

폴리갈락투로나아제는 펙틴아제로서 펙틴을 분해하는 효소다. PGs는 펙틴의 폴리갈락투로나망에서 O-글리코실 결합을 가수분해하여 알파-1,4-폴리갈락투루론 잔류물을 발생시킨다.[10] 가수 분해 속도는 다당류 체인 길이에 따라 달라진다. 낮은 가수분해율은 매우 짧은 체인(예: 디갈락투론산) 및 매우 긴 체인과 관련이 있다.[11]

폴리갈락투로나아제의 메커니즘:[10] 폴리갈락투로난의 가수분해.

엑소- vs 엔도폴리갈락투라제스

Exo-와 Endo-PG는 서로 다른 수력 작용 모드를 이용한다. 엔도-PG는 폴리갈락투로난 네트워크를 따라 무작위 방식으로 가수 분해한다. 이 방법은 과두화합물을 초래한다.[12] 엑소-PG는 폴리머의 비절감 끝에서 가수분해하여 단당 갈락투론산을 생성한다. 때때로 유기체는 두 가지 방법을 모두 사용한다. PG 다형성증은 다른 행동 방식 외에도 곰팡이 PG가 더 많은 범위의 식물 조직을 더 효과적으로 저하시킬 수 있도록 한다. 최적의 pH, 기질 특이성 및 기타 요인의 PG 다양성은 곰팡이와 같은 식물성 유기체에 도움이 될 가능성이 높다.[4]

농업 관련성

이 효소의 활동이 농업 생산성과 상업적 성공에 적용가능성 때문에, PG에 대한 많은 연구는 과일의 숙성 과정, 꽃가루, 퇴화 과정에서의 PG의 역할을 중심으로 진행되어 왔다.

펙틴은 식물 세포벽에 존재하는 3개의 다당류 중 하나로, 내부와 외부 환경 사이의 장벽을 유지하는 역할을 하며 식물 세포벽에 힘을 준다.[13] 특히 중간 라멜라의 펙틴은 이웃 세포를 하나로 묶어준다.[14]

과일숙성

매장에서 구할 수 있는 최초의 GM 식품은 유전자 변형 토마토(플라브르 사브르라고도 한다)로 유통기한이 길고 배송에 이상적이었다. 다갈락투로나아제가 펙틴을 파괴해 토마토를 단단하게 만드는 것을 막아 숙성 지연을 달성했다. 폴리갈락투로나아제가 익어 토마토가 부드러워지는 것을 방지하는 항이센스 PG 유전자가 나왔다.[15] 이 방법은 PG 효소 활성을 70~90% 감소시키는 것으로 나타났지만, PG 항산화 RNA는 정상적인 색 발달을 방해하지 않았다.[16]

펙틴의 고농축은 특히 과일이 지나치게 익으면서 과일이 익는 후기에 크게 관여한다.[17] 토마토가 높은 PG 활동의 대표적인 예인 반면, 이 효소는 아보카도와 복숭아 숙성에도 매우 활발하다. 복숭아 속 PG 효소, 엑소-PG 2개, 엔도-PG 1개는 과일이 이미 부드러워졌을 때 활성화된다.[18] 감과 같은 과일은 PG 효소가 부족하거나 PG 수치가 매우 낮을 수 있어 아직 검출되지 않았다. 이 경우 다른 효소는 숙성 과정을 촉진시킬 수 있다.

꽃가루

엑소-PG는 꽃가루 튜브의 성장을 위해 펙틴 재배치가 필요하기 때문에 꽃가루 튜브 연장이 가능하도록 하는 역할을 한다. 이 PG 활동은 나무뿐만 아니라 옥수수와 같은 풀, 특히 동부 면목재에서도 발견되었다.[19] 꽃가루 튜브 성장에 관여하는 Exo-PG는 최대 효소 활성을 위해 Ca가2+ 필요하며 고농도 NaCl, citrate, EDTA에 의해 억제될 수 있다.[11]

방제 구역

PG가 특정 식물에 대한 감기를 촉진하는 역할을 하는지, 만약 한다면 엑소인지 엔도인지 대체로 불분명하다. 예를 들어, PG가 감귤류 과일 배출에 관여하는지에 대한 상반된 연구가 발표되었다. 한 가지 특별한 이슈는 exo-PG 활동을 측정하기 위해 에일리가 아닌 어세이 사용이었다.[20] 추가적인 복잡성은 과일과 잎 세포 분리 구역 사이의 PG 효소 활성의 차이다. 복숭아에서 PG 활성도는 과일 배출 구역에서만 검출되었다.[21]

기타

리구스 헤스페루스와 같은 농해충은 식물 조직을 소화하는 침에 PG를 분비하기 때문에 면화와 다른 농작물에 피해를 준다. 그들은 exo-PG와 endo-PG를 모두 고용한다.[22]

억제

Phaseolus voralis (1OGQ)에서 발견되는 폴리갈락투로나제 억제 단백질. PG 활성 사이트와 상호 작용하는 잔류물은 파란색으로 강조 표시된다.[23]

식물성 곰팡이는 식물 세포벽을 PG처럼 세포벽 분해 효소(CWDE)에 노출시킨다.[4] 이에 대응하여, 대부분의 식물들은 PG의 수력활성화를 늦추는 천연 억제제 단백질을 가지고 있다. 또한 이러한 억제제는 공격에 대한 방어 메커니즘을 장려하기 위해 긴 사슬의 올리고그락투로니드 축적을 촉진한다.[4] PGIP(polygalacturonase 억제제 단백질)는 PG의 비경쟁적[24] 억제와 경쟁적[5] 억제를 모두 입증하는 것으로 보고된 류신 풍부한 반복 단백질이다. PG의 활성 부위는 Phaseolus voralis PGIP2에서 여러 개의 극성 아미노산이 들어 있는 주머니와 상호작용한다. 억제제는 활성 사이트를 점유하여 기질 결합을 방지하여 경쟁적 억제를 초래한다.[23]

PGIP와 PGIP2의 결정 구조는 콩 P. wornicis에 대해 결정되었다. PG 활성 사이트와 상호 작용하는 충전 및 극지 잔류물은 P. valicis에서 D131, S133, T155, D157, T180 및 D203으로 식별되었다.[23] PGIP2를 템플릿으로 사용하여 다른 PGIP의 이론적 구조를 다른 일반 작물에 대해 결정하였다.

참조

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  3. ^ 존스, T. M, 앤더슨, A. J, 알베르스하임, P. (1972) 호스파로겐 상호작용 IV, 후사륨 옥시스포럼 f. sp. 리코퍼시치, 물리올이 분비하는 다당체 분해 효소에 관한 연구 식물 파톨. 2, 153-166.
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외부 링크