BBE-подобные ферменты - BBE-like enzymes

Берберин мостиковый ферментоподобный (BBE-подобные ферменты) образуют подгруппу надсемейство из FAD-связанные оксидазы (SCOPe d.58.32), структурно характеризующийся типичной складкой, наблюдаемой первоначально для оксидаза ванилилового спирта (ВАО).[1] Эти белки являются частью мультигенная семья (PF08031), который содержится в растениях, грибах и бактериях.[2]

Семейство BBE-подобных ферментов образуют большую подгруппу, которая имеет специальный C-концевой структурный элемент, прилегающий к области связывания субстрата. Омонимом этого семейства является (S) -ретикулиноксидаза или фермент берберинового мостика из Калифорнийский мак (Эшшольция калифорнийская), который катализирует превращение (S) -ретикулина в (S) -скулерин. Это преобразование происходит за счет реакции окислительного замыкания кольца. Продуктом этой реакции является связь C-C, которую называют бербериновым мостиком. Также отмечает точку ветвления в биосинтезе бензилизохинолиновых алкалоидов.

Как упоминалось выше, BBE-подобные ферменты относятся к большому семейству FAD -связанные оксидазы. Что касается структуры этого конкретного семейства, у них есть модуль связывания FAD, образованный N- и C-концевыми частями белка. Существует модуль связывания субстрата, который в сотрудничестве с изоаллоксазин кольцо FAD, располагает среду для эффективного связывания субстрата и окисление.[3]

А: Структурные свойства BBE-подобных ферментов. Субдомены верхнего флавин-связывающего модуля показаны фиолетовым, синим и красным цветом. B: Элементы вторичной структуры расположены в последовательном порядке для а-спиралей и b-цепей в модулях связывания флавина и субстрата и различаются зеленым и синим цветом соответственно.[3]

Процесс очистки

Клеточные культуры Berberis beaniana (B. beaniana), которые в этом эксперименте взяты в качестве примера, были собраны 10–12 дней, содержали большое количество протоберберинов, в основном ятрорризин. Эти четвертичные алкалоиды оказывают сильное ингибирующее действие на BBE, поэтому их пришлось удалить. Чтобы удалить большинство этих мешающих катионных веществ, раствор фермента обрабатывали сначала карбоксиметил-сефарозой, а затем древесным углем с декстрановым покрытием.

После этого полученный раствор фракционировали с использованием стандартных процедур и генерировали после изоэлектрического фокусирования единственную полосу белка при электрофорезе в геле с SDS. В конце концов, полученный фермент был очищен 450 раз и содержал 0,7% активности, присутствовавшей в неочищенном экстракте в начале.[4]

Свойства

Шкала pH, показывающая оптимальный pH и изоэлектрическую точку BBE-подобного фермента.

Оптимальный pH для BBE-подобного фермента составляет 8,9, это означает, что он работает в щелочной среде, но изоэлектрическая точка гомогенного фермента находится при pH 4,9, что является довольно кислой средой. Это значение было получено с изоэлектрическая фокусировка и хроматофокусировка техники.

Диапазон температур фермента составляет 40-50 градусов Цельсия. Молекулярная масса белка была определена двумя способами, которые показали два разных результата: при гель-электрофорезе с SDS он составляет 54 кДа, а при гель-фильтрации на AcA 54 фермент соответствует молекулярной массе 49 кДа, принимая глобулярную форму. Исследование очистки показывает, что истинный молекулярный вес находится в диапазоне 52 ± 4 кДа.

С другой стороны, общая активность резко снижается во время стационарной фазы.[4]

Известные функции

BBE-подобные ферменты служат катализаторами широкого спектра реакций. Полностью от двухэлектронного окисления, наблюдаемого в (В)BBE-подобное окисление от 15 до четырех электронов, как видно на Dbv29.

BBE-подобные ферменты участвуют в синтезе большого количества изохинолин алкалоиды например, преобразование (S) -ретикулин к (S) -scoulerine[5] или направляя (S) -ретикулин в метаболические пути протоберберина, протопина, бензофенантридина, фталида, изохинолина или реадина.[4]

Исследования по этому вопросу редки, так как он очень сложен и до недавнего времени не изучался. Новые исследования показывают, что BBE-подобные ферменты участвуют в биологическом синтезе промежуточных соединений алкалоидов - коммунесина, а также ханоклавина (I). Механизм, посредством которого реакции катализируются этими BBE-подобными ферментами, еще не обнаружен, но полученная конформация продуктов предполагает, что в этих процессах происходит аналогичное сочетание окисления субстрата и образования кольца.

BBE-подобные ферменты в растениях

BBE-подобные ферменты в физиологии растений играют роль в первичном метаболизме, катализируемом членами этого семейства. В окисление различных спиртовых групп обеспечивает первое понимание происхождения семейства BBE-подобных ферментов, присутствующих в таких реакциях, как окисление мононуклеоз и полисахариды. Кажется, что они присутствуют в огромном проценте растений.

Обычной реакцией BBE-подобных ферментов растений является окисление углеводов в аномерном центре до соответствующего лактоны. Член этих ферментов гексозооксидаза (HOX) из Chondrus crispus, красные водоросли, принадлежащие к разделу Родофита. Но он больше связан с бактериальными BBE-подобными ферментами, чем с членами, присутствующими в растениях.

Другим примером BBE-подобного фермента, окисляющего углеводы, является нектарин V (Nec5) из табака. Его функция - преобразовывать глюкозу в глюконолактон. Nec5 связан с системой защиты растений от патогенов, потому что он защищает репродуктивные органеллы.[3]

Медицинские приложения

Фермент берберинового мостика (BBE) является центральным ферментом в биосинтезе берберин, фармацевтически важный алкалоид. Сам фермент не подвергался обширным исследованиям и имеет очень ограниченное, если вообще есть, конкретное медицинское применение. С другой стороны, берберин высоко ценится за его взаимодействие с несколькими заболеваниями. Известно, что берберин влияет на потерю веса, и этот эффект против ожирения может быть полезен при всех состояниях, связанных с увеличением массы тела, таких как гипертония, дислипидемия или предиабет. Это может снизить вероятность возникновения малоподвижных заболеваний, таких как сердечная недостаточность или другие проблемы, связанные с этой проблемой. Будучи АМПК активатор, такой как метформин, он действует аналогично, влияя на метаболизм таким образом, что может найти полезные применения для лечения сахарный диабет 2 типа.

В целом, этот алкалоид может быть полезен при лечении и изучении таких заболеваний, как синдром поликистозных яичников (СПКЯ ), некоторые виды рака, проблемы с сердцем или дислипидемия.[6]

Краткая история

Впервые обнаруженные и названные Э. Ринком и Х. Бёмом в 1974 г., они были выделены в клеточных суспензионных культурах Papaveraceae Macleaya microcarpa.[7]

С тех пор в этой конкретной теме было сделано много незначительных улучшений, но BBE-подобные ферменты либо из-за недостаточной изученности, либо из-за отсутствия четких указаний на то, что они могут содержать полезную информацию для других научных исследований, еще не полностью проработаны. на, и впоследствии известные во всей их сложности.

использованная литература

  1. ^ Маттеви, А .; Fraaije, M. W .; Моцарелли, А .; Olivi, L .; Coda, A .; ван Беркель, В. Дж. Х. (1997-07-15). «Кристаллические структуры и связывание ингибитора в октамерной флавоферментной ваниллиловой спиртовой оксидазе: форма полости активного центра контролирует субстратную специфичность» (PDF). Структура. 5 (7): 907–920. Дои:10.1016 / S0969-2126 (97) 00245-1. PMID  9261083.
  2. ^ Даниэль Б., Валлнер С., Штайнер Б., Обердорфер Г., Кумар П., ван дер Грааф Э. и др. (2016) Структура ферментоподобного фермента берберинового мостика с активным центром, специфичным для семейства растений Brassicaceae. PLoS ONE 11 (6): e0156892. DOI: 10,1371 / журнал. pone.0156892
  3. ^ а б c Даниэль Б., Конрад Б., Топлак М., Лаххам М., Мессенленер Дж., Винклер А., Мачеру П., «Семейство ферментов берберинового мостика: кладезь окислительных реакций» Архивы биохимии и биофизики (2017), https://dx.doi.org/10.1016/j.abb.2017.06.023
  4. ^ а б c Stevens, P .; Naotaka N .; Meinhart H.Z. Очистка и характеристика фермента берберинового мостика из Berberis Beaniana клеточные культуры Фитохимия, Vol. 24, No. 11, pp. 2577-2583, (1985).
  5. ^ Андреас В., Франц Х., Тони М. К., Антон Г. и Питер М. Биохимические доказательства принадлежности фермента берберинового мостика к новому семейству флавопротеинов, содержащих биковалентно связанный кофактор FAD. ЖУРНАЛ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ХИМИИ ТОМ. 281, № 30, стр. 21276–21285, 28 июля 2006 г.
  6. ^ «Клиническое применение берберина». Журнал натуральной медицины. Получено 2017-10-18.
  7. ^ Ринк Э. и Бём Х. (1975), Превращение ретикулина в скулерин бесклеточным препаратом из Маклейя микрокарпа клеточные суспензионные культуры, Письма FEBS, 49, DOI: 10.1016 / 0014-5793 (75) 80794-0