Dehalogenazy redukujące
Dehaholageny redukcyjne ( EC 1.97.1.8) to grupa enzymów wykorzystywanych w oddychających bakteriach halogenoorganicznych . Enzymy te są w większości przyłączone do peryplazmatycznej strony błony cytoplazmatycznej i odgrywają kluczową rolę w oszczędzającym energię procesie oddychania dla bakterii oddychających halogenoorganicznymi poprzez redukcję halogenoorganicznych. Podczas takiej redukcyjnej reakcji dehalogenacji halogenki organiczne są używane jako końcowe akceptory elektronów . Katalizują następujące ogólne reakcje:
- RX + 2 e − + 2 H + → PR + HX
- X-RR-X + 2 e − + 2 H + → R=R + 2X −
Te enzymy związane z błoną wzbudziły duże zainteresowanie w detoksykacji zanieczyszczeń halogenoorganicznych. Zanieczyszczenie halogenoorganiczne jest poważnym globalnym problemem środowiskowym, wpływającym na glebę i wody gruntowe; i redukujące dehalogenazy stanowią obiecujące naturalne narzędzie do bioremediacji.
Struktura i mechanizm
Dehalogenazy redukujące są spokrewnione z rodziną enzymów kobamidowych (lub witaminy B12 ). Zawierają kobalaminę w swoim katalitycznym miejscu aktywnym, gdzie zachodzi rzeczywista reakcja redukcyjna. Znajdują się w nich również klastry żelazowo-siarkowe , które dostarczają redukujących równoważników. Wszystkie dehalogenazy związane z błoną zawierają sekwencję sygnałową N-końcowej podwójnej argininy (TAT) (RRXFXK), która jest konserwowanym peptydem sygnałowym do translokacji białek błonowych. Wcześniej opisano formy monomeryczne , jak również dimeryczne .
Mechanizm enzymatyczny jest wciąż niedostatecznie zbadany; jednak w kilku badaniach opisano różne mechanizmy obejmujące addukt kobaltu organicznego , transfer pojedynczego elektronu i wiązanie halogen-kobalt.
Powszechnie badane dehalogenazy redukujące
Dehalogenazy redukujące z gatunku Dehalobacter
- Dehalogenazy redukujące chloroform : TmrA i CfrA
Dehalogenazy redukujące z gatunku Dehalococcoides
- Chlorek winylu redukujący VcrA
- Heksachlorobenzen degradujący CbrA
Dehalogenazy redukujące z gatunku Desulfitobacterium
- Perchloroeten i trichloroeten degradujący PceA
Metody produkcji
Enzymy natywne
Przykładami są te, które mogą odchlorowywać chloroform (TmrA), PCE (PceA), TCE (TceA) i VC (VcrA). Podobno oczyszczanie takich enzymów w formach natywnych jest trudne; jednakże kilka takich enzymów oczyszczono prawie do jednorodności. Ultrawirowanie , solubilizacja membranowa i seria chromatografii cieczowej to powszechnie stosowane techniki izolacji i oczyszczania. Dehalogenaza redukująca chloroform to najnowsza dehalogenaza redukująca, którą z powodzeniem wyprodukowano i oczyszczono.
Wyrażenia heterologiczne
Naukowcy w tej dziedzinie zwrócili swoje zainteresowanie na heterologiczną ekspresję tych samych enzymów ze względu na trudności w uzyskaniu tych enzymów w postaci natywnej. Dopiero niedawno kilka rekombinowanych dehalogenaz redukcyjnych zostało funkcjonalnie wyrażonych, co przeniosło badania nad dehalogenazami na wyższy poziom. Te udane wysiłki ułatwiają dalsze badania ich właściwości biochemicznych i strukturalnych.
Pierwszą dehalogenazę redukcyjną oddechową związaną z błoną poddano heterologicznej ekspresji w postaci rozpuszczalnej i aktywnej i oczyszczono przy użyciu Bacillus megaterium .
Zastosowania w bioremediacji
W ostatnich latach badania nad dehalogenazami redukcyjnymi wzbudziły duże zainteresowanie zarówno naukowców akademickich, jak i przemysłowych ze względu na ich potencjalne zastosowanie w bioremediacji zanieczyszczeń halogenoorganicznych.