arylodialkilofosfataza
| Identyfikatory | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| arylodialkilofosfatazy | |||||||||
| nr WE | 3.1.8.1 | ||||||||
| nr CAS | 117698-12-1 | ||||||||
| 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 | ||||||||
| |||||||||
Arylodialkilofosfataza ( EC 3.1.8.1 , znana również jako fosfotriesteraza , hydrolaza fosforoorganiczna , hydrolaza parationu , paraoksonaza ) i esteraza arylu parationu ; nazwa systematyczna dialkilofosfohydrolaza arylotrifosforanu jest metaloenzymem , który hydrolizuje wiązanie trójestrowe występujące w insektycydach fosforoorganicznych :
| Rodzina fosfotriesterazy | |||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
 Struktura hydrolaz fosforoorganicznych
| |||||||||||
| Identyfikatory | |||||||||||
| Symbol | PTE | ||||||||||
| Pfam | PF02126 | ||||||||||
| InterPro | IPR001559 | ||||||||||
| PROZYTA | PDOC01026 | ||||||||||
| SCOP2 | 1 dpm / ZAKRES / SUPFAM | ||||||||||
| |||||||||||
- fosforan arylu dialkilu + fosforan dialkilu + alkohol arylowy H 2 O
Gen ( opd , oznaczający degradację fosforoorganicznych), który koduje enzym, znajduje się w dużym plazmidzie (pSC1, 51 Kb) endogennym dla Pseudomonas diminuta , chociaż gen ten został również znaleziony w wielu innych gatunkach bakterii, takich jak Flavobacterium sp. (ATCC27551), gdzie jest również zakodowany w elemencie pozachromosomalnym (pSM55, 43 Kb).
Organofosforan to ogólna nazwa estrów kwasu fosforowego i jest jednym ze związków fosforoorganicznych . Można je znaleźć między innymi jako część insektycydów , herbicydów i gazów paraliżujących . Niektóre mniej toksyczne fosforoorganiczne mogą być stosowane jako rozpuszczalniki , plastyfikatory i dodatki EP . Stosowanie fosforoorganicznych stanowi około 38% całego zużycia pestycydów na świecie.
Gen
W próbkach gleby z różnych części świata zidentyfikowano izolaty bakteryjne zdolne do rozkładu pestycydów fosforoorganicznych (OP). Pierwszy gatunek bakterii rozkładający fosforoorganiczne został wyizolowany z próbki gleby z Filipin w 1973 roku i zidentyfikowany jako Flavobacterium sp. ATCC27551. Od tego czasu wykazano, że inne gatunki mają zdolności degradujące OP, takie jak Pseudomonas diminuta (wyizolowany z próbki gleby w USA), Agrobacterium radiobacter (wyizolowany z próbki gleby w Australii), Alteromonas haloplanktis (wyizolowany z próbki gleby w USA) i Pseudomonas sp. WBC-3 (wyizolowany z chińskiej próbki gleby).
Zdolność do hydrolizy fosforoorganicznych nie jest cechą charakterystyczną bakterii. Stwierdzono, że kilka gatunków grzybów i sinic również je hydrolizuje. Ponadto, poprzez poszukiwanie homologii sekwencji całych genomów, zidentyfikowano kilka innych gatunków bakterii, które również zawierają sekwencje z tej samej rodziny genów co opd , w tym bakterie chorobotwórcze, takie jak Escherichia coli ( yhfV ) i Mycobacterium tuberculosis .
Sekwencja genu kodującego enzym ( opd ) u Flavobacterium sp. ATCC27551 i Pseudomonas diminuta są wysoce konserwatywne (100% homologii sekwencji ), chociaż plazmidy, w których znaleziono geny, mają bardzo różne sekwencje poza konserwatywnym regionem 5,1 Kb , w którym znajduje się gen.
Bliższe spojrzenie na organizację genu opd z Flavobacterium sugeruje potencjalną architekturę podobną do transpozonu , która odpowiada za powszechną dystrybucję genu wśród innych gatunków drobnoustrojów, która mogła wystąpić w wyniku bocznego transferu DNA. Gen opd jest flankowany przez sekwencje insercji transpozycji, charakterystyczne dla rodziny transpozonów Tn3 . Ponadto sekwencję podobną do transpozazy (homologiczną do TnpA ) i sekwencję podobną do resolwazy (homologiczną do TnpR ) zidentyfikowano również w regionach powyżej genu opd , które są charakterystyczne dla transpozonów klasy II, takich jak Tn3.
zidentyfikowano kolejną otwartą ramkę odczytu poniżej opd , która koduje białko, które dodatkowo degraduje p - nitrofenol , jeden z produktów ubocznych degradacji OP. Uważa się, że białko to działa jako kompleks z PTE, ponieważ w obecności PTE obserwuje się dramatyczny wzrost aktywności.
Dlatego charakterystyczna organizacja architektoniczna regionu genu opd sugeruje, że różne gatunki nabyły gen poprzez transfer poziomy poprzez transpozycję i transfer plazmidu.
Białko
Struktura
Fosfotriesteraza (PTE) należy do rodziny metaloenzymów, które mają dwa katalityczne atomy metalu Zn 2+ , połączone wspólnym ligandem i koordynowane przez imidazolowe łańcuchy boczne reszt histydyny skupione wokół atomów metalu. Białko tworzy homodimer. Ogólna struktura składa się z motywu beczki α/β, obecnego również w innych 20 białkach katalitycznych. Miejsca aktywne tych białek znajdują się w C-końcowej części beczki β, czyli tam, gdzie znajduje się również miejsce aktywne PTE.
Kataliza
Kataliza fosforoorganicznych zachodzi poprzez podstawienie nukleofilowe z odwróceniem konfiguracji ( mechanizm S N 2 ) wokół fosforowego centrum substratu. W miejscu aktywnym kationy metali wspomagają katalizę poprzez dalszą polaryzację wiązania P – O substratu, co czyni go bardziej podatnym na atak nukleofilowy. Ponadto reszta zasadowa odrywa proton od cząsteczki wody, a wytworzony jon wodorotlenkowy łączy dwa dwuwartościowe kationy i działa jako nukleofil. OH - następnie atakuje centrum fosforu podłoża, po czym następuje zdarzenie przeniesienia protonu. Wiązanie P-O zostaje zerwane, a produkty są uwalniane z miejsca aktywnego. Szybkość obrotu ( kcat ) fosfotriesterazy wynosi prawie 10 4 s -1 dla hydrolizy paraoksonu, a produktami są p -nitrofenol i kwas dietylofosforowy .
Gatunek
Fosfotriesteraza jest obecna w dwóch gatunkach, Pseudomonas diminuta i Flavobacterium sp. ATCC27551. Inne warianty genów, które również kodują enzymy rozkładające fosforoorganiczne, występują u innych gatunków. Na liście znajdują się gatunki bakterii, takie jak radiooporny Deinococcus radiodurans , patogeny Mycobacterium tuberculosis i Mycobacterium bovis , bakteria beztlenowa Desulfatibacillum alkenivorans , bakteria ciepłolubna Geobacillus sp. i Thermoanaerobacter sp. X514, Escherichia coli ( yhfV ) i wiele innych grup bakterii, a także niektóre Archaea , takie jak Sulfolobus acidocaldarius .
Lokalizacja subkomórkowa
Fosfotriesteraza jest białkiem związanym z błoną, które ulega translacji z docelowym peptydem o długości 29 aminokwasów (motyw Tat), który jest następnie odcinany od dojrzałego białka po wstawieniu do błony komórkowej. Białko jest zakotwiczone w wewnętrznej błonie komórki, zwrócone w stronę peryplazmy.
Funkcjonować
Enzym fosfotriesteraza hydrolizuje związki fosforoorganiczne poprzez rozszczepienie wiązania trójestrowego w podłożu.
Enzym ma bardzo szeroką specyficzność substratową i jest bardzo skuteczny w katalizowaniu reakcji: PTE hydrolizuje paraokson z szybkością zbliżającą się do granicy dyfuzji, co wskazuje, że enzym jest optymalnie wyewoluowany do wykorzystania tego substratu. Działa specyficznie na syntetyczne trójestry fosforoorganiczne i fosforofluorki . Wydaje się, że nie ma naturalnie występującego substratu i dlatego mógł ewoluować optymalnie do wykorzystania paraoksonu i innych powszechnych pestycydów rolniczych.
Produktami reakcji są kwas dietylofosforowy i p -nitrofenol. Ten ostatni produkt jest dalej rozkładany przez enzym kodowany 750 pz poniżej genu opd i koduje domniemaną hydrolazę 29 kDa, która może być zaangażowana w degradację związków aromatycznych i działa wspólnie z PTE. Enzym ten jest homologiczny do hydrolaz u Pseudomonas putida , Pseudomonas azelaica , Rhodococcus sp. i P. fluorescens .
Organofosforany nie są toksyczne dla bakterii, ale u zwierząt działają jako inhibitory acetylocholinoesterazy. Niektóre gatunki bakterii są również w stanie wykorzystywać fosforoorganiczne jako źródło składników odżywczych i węgla.
Znaczenie środowiskowe
Fosfotriesterazy są uważane za silnego kandydata na biokatalizator do celów bioremediacji. Jego szeroka specyficzność substratowa i wydajność katalityczna sprawiają, że jest atrakcyjnym celem dla potencjalnego wykorzystania drobnoustrojów zawierających gen opd w detoksykacji gleb, które są toksyczne z powodu nadużywania pestycydów. Ponadto fosforoorganiczne działają jako inhibitory acetylocholinoesterazy (AChE). Neuroprzekaźnik AChE jest istotnym składnikiem ośrodkowego układu nerwowego (OUN) u owadów u zwierząt, a zahamowanie prawidłowego obrotu tego neuroprzekaźnika skutkuje nadmierną stymulacją OUN, co ostatecznie prowadzi do śmierci owadów i ssaków. W rezultacie wykorzystanie mikroorganizmów rozkładających fosforoorganiczne jest potencjalnie skuteczną, tanią i przyjazną dla środowiska metodą usuwania tych toksycznych związków ze środowiska.
Historia
Gatunki bakterii zdolne do rozkładania pestycydów fosforoorganicznych zostały wyizolowane z próbek gleby z różnych części świata. Pierwszym zidentyfikowanym szczepem bakteryjnym zdolnym do hydrolizy fosforoorganicznych był Flavobacterium sp. ATCC 27551, znaleziony przez Sethunathana i Yoshidę w 1973 roku z próbki gleby pochodzącej z Filipin. Od tego czasu stwierdzono, że inne gatunki również mają enzymy rozkładające fosforoorganiczne, podobne do tych występujących w Flavobacterium .
Dalsza lektura
- Aldridge WN (styczeń 1953). „Esterazy w surowicy. I. Dwa rodzaje esterazy (A i B) hydrolizujące octan p -nitrofenylu, propionian i maślan oraz sposób ich oznaczania” . Dziennik biochemiczny . 53 (1): 110–7. doi : 10.1042/bj0530110 . PMC 1198110 . PMID 13032041 .
- Bosmann HB (lipiec 1972). „Enzymy markerowe błonowe. Charakterystyka aryloesterazy kory mózgowej świnki morskiej z wykorzystaniem p -nitrofenylu jako substratu”. Biochimica et Biophysica Acta . 276 (1): 180–91. doi : 10.1016/0005-2744(72)90019-8 . PMID 5047702 .
- Mackness MI, Thompson HM, Hardy AR, Walker CH (lipiec 1987). „Rozróżnienie między 'A'-esterazami i aryloesterazami. Implikacje dla klasyfikacji esterazy” . Dziennik biochemiczny . 245 (1): 293-6. doi : 10.1042/bj2450293 . PMC 1148115 . PMID 2822017 .
- Główny AR (1960). „Różnicowanie esterazy typu A w surowicy owiec” . Biochem. J. _ 75 (1): 188–195. doi : 10.1042/bj0750188 . PMC 1204348 . PMID 14420012 .
