Syntaza difosforanu bornylu
| Syntaza difosforanu bornylu (BPPS) | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
 Kreskówka przedstawiająca strukturę krystaliczną 1N1B zabarwioną monomerem.
| |||||||||
| Identyfikatory | |||||||||
| nr WE | 5.5.1.8 | ||||||||
| nr CAS | 72668-91-8 | ||||||||
| Bazy danych | |||||||||
| IntEnz | Widok IntEnz | ||||||||
| BRENDA | Wpis BRENDY | ||||||||
| ExPASy | Widok NiceZyme | ||||||||
| KEGG | Wpis KEGG | ||||||||
| MetaCyc | szlak metaboliczny | ||||||||
| PRYM | profil | ||||||||
| Struktury PDB | RCSB PDB PDBe PDB suma | ||||||||
| Ontologia genów | AmiGO / QuickGO | ||||||||
| |||||||||
W enzymologii syntaza difosforanu bornylu (BPPS) ( EC 5.5.1.8 ) jest enzymem , który katalizuje reakcję chemiczną
- difosforan geranylu (+) -difosforan bornylu
Syntaza bornylodifosforanu bierze udział w biosyntezie cyklicznego monoterpenoidu bornylodifosforanu . Jak widać z powyższej reakcji, BPPS przyjmuje difosforan geranylu jako jedyny substrat i izomeryzuje do produktu, (+)-difosforanu bornylu. Ta reakcja pochodzi z ogólnej klasy enzymów zwanych syntazami terpenowymi, które cyklizują uniwersalny prekursor, difosforan geranylu, tworząc różne monocykliczne i bicykliczne monoterpeny. Przekształcenie biochemiczne difosforanu geranylu w produkty cykliczne zachodzi w różnych roślinach aromatycznych, w tym zarówno okrytonasiennych , jak i nagonasiennych , i jest wykorzystywane do różnych celów opisanych w poniższych sekcjach. Syntazy terpenów, takie jak BPPS, są głównymi enzymami w tworzeniu metabolitów terpenów o niskiej masie cząsteczkowej. Organizacja syntaz terpenów, charakterystyczna dla nich zdolność do tworzenia wielu produktów oraz regulacja w odpowiedzi na czynniki biotyczne i abiotyczne przyczyniają się do powstania zróżnicowanej grupy metabolitów terpenowych. Różnorodność strukturalna i złożoność terpenów generuje ogromny potencjał w pośredniczeniu w interakcjach roślina-środowisko.
Systematyczna nazwa tej klasy enzymów to (+)-bornylo-difosforan liazy (decyklizujący) . Inne powszechnie używane nazwy to syntaza bornylopirofosforanowa , syntetaza bornylopirofosforanowa , cyklaza (+)-bornylopirofosforanowa i cyklaza difosforanowa geranylu (niejednoznaczne) . Enzym ten bierze udział w monoterpenoidów i należy do rodziny izomeraz , a konkretnie do klasy liaz wewnątrzcząsteczkowych.
Mechanizm
Jak widać w powyższym mechanizmie, syntaza bornylodifosforanu katalizuje kaskadę cyklizacji GPP do (+)- difosforanu bornylu. Po początkowym odejściu difosforanu aktywowanego metalem z GPP, cząsteczka izomeryzuje do difosforanu linalilu (LPP), który następnie umożliwia obrót wokół wiązania węgiel-węgiel, aw konsekwencji ponowne przyłączenie grupy PPi . Pirofosforan następnie stabilizuje cyklizację do kationu terpinylowego, a kolejna końcowa cyklizacja daje kation 2-bornylowy. Kation ten jest następnie neutralizowany przez tworzenie stereospecyficznego wiązania C – O z końcowym ponownym przyłączeniem pirofosforanu w celu wytworzenia produktu końcowego, BPP. Dokładne rozważenie struktury BPPS pokazuje, że miejsce aktywne, omówione bardziej szczegółowo poniżej, kieruje pozycjami i konformacjami izoprenoidowej funkcjonalności substratu, podczas gdy pozycja difosforanu pozostaje zasadniczo zakotwiczona w jednym miejscu i konformacji. Ogólnie rzecz biorąc, pirofosforan odgrywa ważną rolę w stabilizacji karbokationów powstających podczas cyklizacji w miejscu aktywnym enzymu. Uważa się, że te interakcje i strategiczne umiejscowienie pirofosforanu prowadzą do jego endospecyficznego ponownego wychwytywania w ostatnim etapie przez kation bornylu.
Struktura enzymu
Syntaza difosforanu bornylu jest homodimeryczną izomerazą, w której każdy z dwóch monomerów zawiera dwie domeny α-helikalne. W przypadku BPPS domena C-końcowa bezpośrednio katalizuje cyklizację difosforanu geranylu, jak widać w powyższym mechanizmie reakcji, podczas gdy domena N-końcowa działa jako rusztowanie dla miejsca aktywnego C-końca podczas reakcji. Domena N-końcowa tworzy podobne beczki α do innych cyklaz terpenowych, takich jak syntaza epiaristolochene i farnezylotransferaza . W kompleksach ligandów, takich jak GPP, syntaza difosforanu bornylu stabilizuje kompleks poprzez liczne interakcje wiązań wodorowych, w szczególności z motywami bogatymi w asparaginian. Dodatkowo argininy na N-końcu mogą odgrywać rolę stabilizującą w początkowym etapie izomeryzacji kaskady reakcji omówionej w części powyżej. Z drugiej strony domena C-końcowa zawiera 12 α-helis, które określają hydrofobowe miejsce aktywne, w którym zachodzi cyklizacja. wiązanie wymaganych jonów metalu magnezu i umożliwia uwolnienie pierwszego pirofosforanu. W szczególności jest to osiągane przez bogatą w asparaginian domenę DDI D zaczynającą się od D351, gdzie pogrubiona czcionka reprezentuje reszty bezpośrednio oddziałujące z jonem magnezu, wyjaśnione na sąsiednim obrazie.
Pod koniec 2007 roku rozwiązano 7 struktur dla tej klasy enzymów o kodach dostępu PDB 1N1B , 1N1Z , 1N20 , 1N21 , 1N22 , 1N23 i 1N24 .
Funkcja biologiczna
Wiele właściwości roślin pochodzi prawie wyłącznie z naturalnych produktów monoterpenowych : rośliny wytwarzają te związki dla funkcji molekularnych w zakresie regulacji, komunikacji i obrony. Na przykład terpeny często mają silny zapach i mogą chronić rośliny, które je wytwarzają, przed roślinożercami, odstraszając je i przyciągając drapieżniki tych roślinożerców. Dotychczas scharakteryzowane monoterpeny wykazują szeroki wachlarz odmian strukturalnych i funkcjonalnych pochodzących z różnych monocyklicznych lub bicyklicznych szkieletów. Pomimo tej różnorodności strukturalnej i stereochemicznej wszystkie monoterpeny pochodzą z tego samego substratu, difosforanu geranylu (GPP). Cyklizacja tego prekursora izoprenoidu C10 przez kolejne półprodukty karbokationowe, jak widać w powyższych sekcjach, i jest katalizowana przez enzymy zależne od metali: w tym przypadku BPPS cyklizuje GPP do difosforanu bornylu. Jednak mnogość produktów pochodzących tylko z jednego substratu pozwala stwierdzić, że ta różnorodność jest konsekwencją ewolucji zmienności enzymu. Każdy inny enzym posiada miejsce aktywne, które pośredniczy w różnych szlakach cyklizacji białek opiekuńczych, tworząc w ten sposób niezliczone monoterpenoidy.
Znaczenie przemysłowe
W przeszłości rośliny aromatyczne były wykorzystywane ze względu na ich przyjemne zapachy, zastosowania kulinarne i potencjał terapeutyczny. Ponieważ syntaza difosforanu bornylu ma kluczowe znaczenie w tworzeniu aromatycznych monoterpenoidów w roślinach, enzym ten ma kluczowe znaczenie przemysłowe. W szczególności, podczas gdy większość badań koncentruje się na BPPS z Salvia officinalis , niedawno pojawiło się zainteresowanie badaniem LaBPPS, syntazy difosforanu bornylu z lawendy . Zainteresowanie to wynika z faktu, że olejki eteryczne z lawendy (EO) wyższej jakości, wytwarzane przez kilka odmian Lavandula angustifolia , są bardzo poszukiwane w przemyśle perfumeryjnym . W porównaniu z BPPS Salvia officinalis , LaBPPS wykazał kilka różnic w sekwencji aminokwasów i produktach, które katalizuje: szczegółowo, półprodukty karbokationowe są bardziej stabilne w LaBPPS niż w zwykłym BPPS, co prowadzi do innej wydajności przekształcania GPP w BPP. Biorąc pod uwagę nowatorstwo odkrycia LaBPP, dalsze badania nad nim najprawdopodobniej będą miały duże znaczenie dla przemysłu perfumeryjnego i zapachowego.
- Croteau R, Karp F (1979). „Biosynteza monoterpenów: wstępna charakterystyka syntetazy bornylopirofosforanu z szałwii lekarskiej (Salvia officinalis) i wykazanie, że pirofosforan geranylu jest preferowanym substratem do cyklizacji”. Łuk. Biochem. Biofiza . 198 (2): 512–22. doi : 10.1016/0003-9861(79)90526-5 . PMID 42356 .
