Hydrolaza 5,10-Metenylotetrahydrometanopteryny
| Identyfikatory | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| wodorazy 5,10-metenylotetrahydrometanopteryny | |||||||||
| nr WE | 1.12.98.2 | ||||||||
| nr CAS | 100357-01-5 | ||||||||
| 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 | ||||||||
| |||||||||
| H2-tworząca dehydrogenaza N5,N10-metylenotetrahydrometanopteryny | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
 struktura krystaliczna apoenzymu bezklasterowej hydrogenazy żelazowo-siarkowej (hmd)
| |||||||||
| Identyfikatory | |||||||||
| Symbol | HMD | ||||||||
| Pfam | PF03201 | ||||||||
| InterPro | IPR004889 | ||||||||
| |||||||||
Hydrogenaza 5,10-metenylotetrahydrometanopteryny (lub Hmd ), tak zwana hydrogenaza bez klastrów żelaza i siarki , jest enzymem występującym w metanogennych archeach , takich jak Methanothermobacter marburgensis . Została odkryta i po raz pierwszy scharakteryzowana przez grupę Thauera w Instytucie Maxa Plancka w Marburgu. Hydrogenazy to enzymy, które albo redukują protony, albo utleniają cząsteczkowy diwodór.
Funkcja enzymatyczna
Metanogeny wykorzystują takie enzymy do katalizowania redukcji CO2 do metanu . Jeden etap metanogenezy obejmuje konwersję grupy metenylowej (stopień utlenienia kwasu mrówkowego) do grupy metylenowej (stopień utlenienia formaldehydu).
Wśród rodziny enzymów hydrogenaz, Hmd jest wyjątkowy, ponieważ nie redukuje bezpośrednio CO 2 do CH 4 . Naturalnym substratem enzymu jest związek organiczny metenylotetrahydrometanopteryna. Związek organiczny zawiera grupę metenylową związaną z dwoma trzeciorzędowymi amidami . Grupa metenylowa powstała jako CO2 przed włączeniem do substratu, który jest katalitycznie redukowany przez H2 do metylenotetrahydrometanopteryny, jak pokazano. Ostatecznie grupa metylenowa jest dalej redukowana i uwalniana jako cząsteczka metanu.
, że transfer wodorków jest stereospecyficzny . Biorąc pod uwagę, że podłoże jest płaskie, wodorek pochodzący z H2 jest zawsze dodawany do powierzchni pro-R. W reakcji odwrotnej zachowana jest stereospecyficzność, a podświetlony wodorek jest usuwany.
Właściwości chemiczne i fizyczne
Holoenzym Hmd
Holoenzym Hmd obejmuje homodimer białka , jak również związany z nim kofaktor zawierający żelazo. Scharakteryzowano kilka gatunków metanogenów, które wyrażają enzymy z rodziny hydrogenaz Hmd. Pomiędzy gatunkami enzym występuje z różną liczbą podjednostek i niewielkimi różnicami w sekwencji aminokwasów. Masa monomeru wynosi około 45 000 Da, chociaż wartość ta różni się w zależności od gatunku.
Aktywność enzymatyczna enzymu jest tracona po ekspozycji na światło słoneczne lub promieniowanie UV. Fotoliza powoduje uwolnienie atomu żelaza i dwóch cząsteczek tlenku węgla. W holoenzymie cząsteczki Fe i CO są związane z kofaktorem 542 Da.
Kofaktor zawierający żelazo Hmd
Stwierdzono, że kofaktor zawierający żelazo jest ściśle związany z białkiem. Może być uwalniany po denaturacji 2-merkaptoetanolem lub chlorowodorkiem guanidyny . Ekspresja genu Hmd w E. coli bez kofaktora skutkuje nieaktywnym holoenzymem. Jednak aktywność hydrogenazy można uratować przez dodanie kofaktora zawierającego żelazo, pochodzącego ze zdenaturowanego aktywnego enzymu.
Jak wspomniano, naświetlanie kofaktora światłem UV powoduje utratę CO i Fe. Ponadto związek 542 Da może być dalej rozkładany przez fosfodiesterazę ( która specyficznie rozszczepia wiązania fosforanowe). Hydroliza wiązań fosforanowych prowadzi do powstania rybonukleotydu monofosforanu guanozyny i zmodyfikowanego 2-pirydonu . Na podstawie charakterystyki spektroskopowej Shima i in. zaproponowali strukturę tego kofaktora organicznego (bez atomu żelaza i cząsteczek CO ), jak pokazano:
Chociaż mechanizm działania Hmd jest nieznany, kofaktor zawierający żelazo jest częściowo odpowiedzialny za aktywność katalityczną. Wysokie stężenia CO również hamują enzym, co sugeruje, że żelazo jest centrum katalizy. Zaproponowano, że funkcje żelaza wiążą H2 i substrat metenylotetrahydrometanopterynę, organizując te dwa reagenty w bliskiej odległości.
Dalsza lektura
- Blauta M. (1994). „Metabolizm metanogenów”. Antoniego van Leeuwenhoeka . 66 (1–3): 187–208. doi : 10.1007/BF00871639 . PMID 7747931 . S2CID 23706408 .
- Karyakin AA, Varfolomeev SD (1986). „Właściwości katalityczne hydrogenaz”. Rosyjskie recenzje chemiczne . 55 (9): 867–882. Bibcode : 1986RuCRv..55..867K . doi : 10.1070/rc1986v055n09abeh003228 .
