Кіріспе
Катехоль 1,2 диоксигеназа ферменті (, 1,2 CTD, катехоль оксиген 1,2 оксидорредуктаза, 1,2 пирокатехаза, катехаза, катехоль 1,2 оксигеназа, катехоль диоксигеназа, пирокатехаза, пирокатехоль 1,2 диоксигеназа, CD I, CD II) - катехольдің окистену сақинасының бөлінуі арқылы цисцис муконий қышқылын қалыптастыруға катализациялайтын фермент. Нақтырақ айтқанда, CT 1,2D - интрадиол диоксигеназа, катехоль диоксигеназаларының туысы, ол Fe3+ кофакторы арқылы катехольдің фенолды гидроксил топтары арасындағы байланысты бөлініп алады. Осы уақытқа дейін 1,2 КТД-ның топырақтағы бактериялар мен саңырауқұлақтар түрлерінде бар екендігі байқалды: Pseudomonas sp., Pseudomonas fluorescens, Aspergillus niger, Brevibacterium fuscum, Acinetobacter calcoaceticus, Trichosporon cutaneum, Rhodococcus erythropolis, Frateuria sp., Rhizobium trifolii, Pseudomonas putida, Candida tropicalis, Candida maltose, Rhizobium leguminosarum және Nocardia sp. Бұл бактериялар кейіннен 1,2 КТД-ны ароматты қосылыстарды алифалық өнімдерге ыдыраудың соңғы сатысында қолданады.
Catechol 1,2 dioxygenase (, 1,2 CTD, catechol oxygen 1,2 oxidoreductase, 1,2 pyrocatechase, catechase, catechol 1,2 oxygenase, catechol dioxygenase, pyrocatechase, pyrocatechol 1,2 dioxygenase, CD I, CD II) is an enzyme that catalyzes the oxidative ring cleavage of catechol to form cis,cis muconic acid:
More specifically, 1,2 CTD is an intradiol dioxygenase, a family of catechol dioxygenases that cleaves the bond between the phenolic hydroxyl groups of catechol using an Fe3+ cofactor. Thus far, 1,2 CTD has been observed to exist in the following species of soil bacteria and fungi: Pseudomonas sp., Pseudomonas fluorescens, Aspergillus niger, Brevibacterium fuscum, Acinetobacter calcoaceticus, Trichosporon cutaneum, Rhodococcus erythropolis, Frateuria sp., Rhizobium trifolii, Pseudomonas putida, Candida tropicalis, Candida maltose, Rhizobium leguminosarum, and Nocardia sp These bacteria subsequently employ 1,2 CTD in the last step of the degradation of aromatic compounds to aliphatic products.
Тарих
Диоксигеназалардың екі тұқымын Осаму Хаяиши мен Кизо Хашимото 1950 жылы ашқан: катехоль 1,2 диоксигеназа және катехоль 2,3 диоксигеназа (2,3 КТД). Екі фермент екі бөлек катехоль диоксигеназалар отбасының бір бөлігі ретінде анықталды: 1,2 CTD интрадиол диоксигеназа ретінде, ал 2,3 CTD экстрадиол диоксигеназа ретінде жіктелді. Екі ферментті олардың реакциялық өнімдері мен кофакторларына байланысты ажыратуға болады. 1,2 КТД-да Fe3+ кофактор ретінде катехольдің фенолды гидроксилдік топтары арасындағы көміртекті көміртекті байланысты ажыратады, осылайша оның өнімдері ретінде муконий қышқылы пайда болады. Ал 2,3 CTD-де Fe2+ кофактор ретінде катехольдің фенолды гидроксилдік топтарына іргелес көміртек-көміртек байланысын кесіп, 2 гидроксимукондальдегиді өнім ретінде алады.
Фермент құрылымы
1,2 CTD отбасының барлық мүшелері гомодимерлер болып табылады; Pseudomonas arvilla өндіретін 1,2 CTD ферменті бұл ережеден ерекшеленеді, онда гомо немесе гетеро димерді құрайтын екі жоғары гомологты кіші бірлік бар. Фермент бумеранг пішініне ұқсас, сондықтан оны үш доменге анық бөлуге болады: бумерангтың әр шетінде орналасқан екі каталитикалық домен және ортасында орналасқан линкер домен. Әрбір каталитикалық домен екі қатарланған, аралас топологиялы β табақтарынан және бірнеше кездейсоқ орамалардан тұрады. Бұл табақтар мен орамдар белсенді сайтты қамтиды: гемалық емес темір ((III) кешені. Гемсіз темір төрт аминқышқыл қалдықтарына (Tyr200, His226, Tyr164, His224) катализдік белсенді конформациясын сақтау үшін байлануы керек. Tyr200 және His226 осьтік лигандтар ретінде, ал Tyr164, His224 және еріткіш су молекуласы экваторлық лигандтар ретінде әрекет еткенде, Fe3+ кешені тригональді бипирамидалық геометрияны көрсетеді. Әрбір каталитикалық доменнің белсенді орындары 40 Å арақашықтықта орналасқандықтан, олар бір-біріне аллостерикалық әсер етпейді. Керісінше, линкерлік домен екі каталитикалық доменмен қамтамасыз етілген α-перекселілерден тұрады: әр домен олардың N-терминалынан бес перекселіне және каталитикалық домен мен линкерлік доменді қамтитын спиральдан бірге үлес қосады. Сол жақ доменнің ортасында 8х35 А гидрофобтық туннель орналасқан, оның екі шетінде екі фосфолипид байланысқан. Әрбір фосфолипидтің басы ерітіндіге қарай сыртқа қарай бағытталған, ал құйрықтары ферментке енген. Бұл гидрофобтық туннельдің қызметі белгісіз, бірақ оның пайдалылығы туралы екі гипотеза айтылған. Біріншісі - терминал фосфолипидтердің байланысуы белсенді сайттардың конформациясын өзгертеді, яғни туннель эффектор ретінде әрекет етеді, бұл ферменттің тек клетканың белгілі бір аймақтарында белсенді болуына мүмкіндік береді. Екінші гипотезада туннель липид мембранасының қаттылығын фенолдық көмірсутектердің ыдырауы және басқа липидтерге байлану қабілеті арқылы реттейді деп болжайды. Зерттеулер фенолды көмірсутектердің жасуша мембраналарының функционалдық және құрылымдық қасиеттеріне әсер ететінін көрсетті. 1,2 CTD синтезделетін липид мембраналарының негізгі фенолды көмірсутектерін бұзады. Сондықтан 1, 2- КТД жасушаның липид мембранасына оның терминалды фосфолипидтері арқылы қосылуы мүмкін және осылайша липид мембранасының құрылымында маңызды фенолды көмірсутектерге көбірек қол жеткізе алады.
Фермент механизмі
Катекол-1,2 диоксигеназаның каталитикалық механизмі O18 таңбалау эксперименттері мен кристаллографияның комбинациясын пайдалану арқылы анықталды. Белсенді жерге кіргеннен кейін, катехолдың төртінші көміртегі (C4) гидроксил тобы Fe3+ -ге байланады; бұл байлануды C4 гидроксил тобын депротондыратын гидроксид лиганды жеңілдетеді. Екінші катехоль гидроксил тобы 3 (С3) көміртегіндегі Tyr200 лигандымен депротондаланғаннан кейін Fe3+-ге үйлестіріледі. С3 гидроксилдік топты депротонсыздандыру процесінде Tyr200 каталитикалық кешеннен ажыратылады. Қысқылтек субстратқа транс әсерлер сериясы арқылы және субстрат пен басқа белсенді сайт амин қышқылдары қалдықтары арасындағы сутекті байланысты тұрақтандыру арқылы байланысады. His226 субстраттан электрондық тығыздықты қабылдайды, нәтижесінде Fe3+ мен C4 гидроксил арасындағы байланыс төмендейді. Сонымен қатар, Tyr164 электронын алып тастау әсерінен C3 гидроксил мен Fe3+ арасындағы байланыс күшейеді. Бұл бұрмалаулар Arg221 мен C3 гидроксил тобының арасындағы сутекті байланысқа қосылып, C3 гидроксил тобын кетондауға және C4 карбаниондық сипатын арттыруға итермелейді. Жаңа пайда болған C4 карбанионы О2 -ге шабуыл жасайды, осылайша оны субстратқа байлайды. Жоғарыда аталған қадамнан кейін тағы бір транс әсері пайда болады, ол O2 бөлінуіне және одан кейінгі оттегі молекулаларының біреуінің C3 және C4 арасында орналасуына әкеледі. Осы реакциядан кейін жылдам гидролиз жүргізіледі, ол белсенді орын мен өнімді береді.