Дириджентный белок - Dirigent protein

Диригентные белки являются членами класса белки которые диктуют стереохимия соединения, синтезируемого другими ферментами.[1] Первый диригентный белок был открыт в Forsythia intermedia. Было обнаружено, что этот белок направляет стереоселективный биосинтез (+) - пинорезинол из мономеров хвойного спирта:[2]

Реакция монолигнольных радикалов в присутствии диригентного белка с образованием (+) - пинорезинола

Lignan биосинтез катализированный к окислительные ферменты.[3] в пробирка в результате реакции образуется неоднородная смесь димерных соединений.[4] Когда во время реакции присутствует диригентный белок, один стереоизомер одного соединения является высокообогащенным. Диригентные белки, по-видимому, не обладают собственной активностью по образованию окислительных радикалов; в отсутствие окислительного фермента никакой реакции не будет.[5]

Недавно второй, энантиокомплементарный диригентный белок был идентифицирован в Arabidopsis thaliana, который направляет энантиоселективный синтез (-) -пинорезинол.[6]

Мероприятия

В лигнан биосинтеза, окислительные ферменты осуществляют перенос электронов, связанный с протонами, для удаления атома водорода из монолигнолы, образуя радикальный интермедиат. Эти промежуточные соединения затем соединяются в реакции обрыва радикала с образованием одного из множества димеров, известных как лигнаны.[7] В пробирке реакции конифериловый спирт (обычный монолигнол ) в присутствии окислительных ферментов образуют большое количество различных димеров в различных концентрациях.[8] Когда дирижный белок из "Forsythia intermedia "присутствует, производство (+) -пинорезинол значительно обогащен, а других продуктов гораздо меньше. Поскольку это обогащение настолько выражено, предполагается, что фермент производит (+) -пинорезинол исключительно, и чтобы конкурировать с небелковой реакцией связывания, которая дает гетерологичную смесь продуктов.[9] Это было подтверждено анализом различных смесей, полученных с различными концентрациями присутствующих диригентных белков. Механизм, с помощью которого достигается такая стереоселективность, в настоящее время не совсем понятен. Однако, поскольку в отсутствие окислительных ферментов реакция не протекает, диригентный белок, по-видимому, сам по себе не катализирует окисление кониферилового спирта с образованием радикалов.

В присутствии диригового протеина из Forsythia intermedia, производство (+) - пинорезинола значительно обогащается, в то время как производство других продуктов димеризации подавляется.

Активность диригового протеина из Forsythia intermedia специфичен для кониферилового спирта.[10] Когда другие монолигнолы, такие как п-кумариловый спирт и синапиловый спирт, реагируют in vitro с окислительными ферментами в присутствии диригентного белка, они производят гетерологичную смесь продуктов, неотличимую от идентичных экспериментов в отсутствие диригентного белка.

Структура

Круговой дихроизм эксперименты показали, что вторичная структура диригентного белка из Forsythia intermedia состоит в основном из β-гофрированные листы и петлевые конструкции. Третичная структура не решена, но было подтверждено, что белок является димерным. Каждый димер имеет один сайт связывания для кониферилового спирта, всего два сайта связывания.[11] Один конифериловый спирт может связываться с каждым участком, так что геометрия реакции между ними ограничена, увеличивая образование (+) - пинорезинол и подавление производства других продуктов.

Биологическое значение

В отсутствие основного белка пинорезинол является относительно второстепенным продуктом биосинтеза лигнана. Когда присутствует дириговый белок, он становится основным продуктом. Биологическое значение (+) - пинорезинол в растениях до конца не изучен, но было обнаружено, что он эффективен как средство отпугивания муравьев у гусениц капустная бабочка, которые получают соединение из своего рациона.[12] Он может служить аналогичной оборонительной цели в Forsythia intermedia.[13]

Рекомендации

  1. ^ Николсон, Ральф Л .; Уилфред Вермеррис; Вермеррис Уилфред (2006). Биохимия фенольных соединений. Берлин: Springer. стр.107 –108. ISBN  1-4020-5163-8.
  2. ^ Davin LB, Wang HB, Crowell AL, et al. (1997). «Стереоселективное бимолекулярное феноксирадикальное связывание вспомогательным (диригентным) белком без активного центра». Наука. 275 (5298): 362–6. Дои:10.1126 / science.275.5298.362. PMID  8994027.
  3. ^ Уорд Р.С. (1982). «Синтез лигнанов и неолигнанов». Обзоры химического общества. 11: 75–125. Дои:10.1039 / CS9821100075.
  4. ^ Фурнан Д., Катала Б., Лапьер С. (январь 2003 г.). «Начальные этапы катализируемой пероксидазой полимеризации кониферилового спирта и / или синапилальдегида: исследование влияния pH с помощью капиллярного зонального электрофореза». Фитохимия. 62 (2): 139–46. Дои:10.1016 / S0031-9422 (02) 00573-3. PMID  12482448.
  5. ^ Davin L.B .; Льюис Н.Г. (Август 2005 г.). «Дириджентное феноксирадикальное сочетание: достижения и проблемы». Текущее мнение в области биотехнологии. 16 (4): 398–406. Дои:10.1016 / j.copbio.2005.06.010.
  6. ^ Пикель Б., Константин М.А., Пфаннштейн Дж., Конрад Дж., Бейфус Ю., Шаффер А. (март 2007 г.). «Энантиокомплементарный диригентный белок для энантиоселективного окислительного связывания фенолов, катализируемого лакказой». Angewandte Chemie. 53 (4): 273–284. Дои:10.1007 / с10086-007-0892-х.
  7. ^ Сарканен, Симо; Льюис, Норман (1998). Лигнин и биосинтез лигнана. Колумбус, Огайо: Американское химическое общество. ISBN  0-8412-3566-X.
  8. ^ Фурнан Д., Катала Б., Лапьер С. (январь 2003 г.). «Начальные этапы катализируемой пероксидазой полимеризации кониферилового спирта и / или синапилальдегида: исследование влияния pH с помощью капиллярного зонального электрофореза». Фитохимия. 62 (2): 139–46. Дои:10.1016 / S0031-9422 (02) 00573-3. PMID  12482448.
  9. ^ Холлз SC, Дэвин Л.Б., Крамер Д.М., Льюис Н.Г. (2004). «Кинетическое исследование связывания радикалов кониферилового спирта с (+) - пинорезинолом, образующим диригентный белок». Биохимия. 43 (9): 2587–95. Дои:10.1021 / bi035959o. PMID  14992596.
  10. ^ Kim, M.K .; Jeon JH; Fujita M; Davin L.B .; Льюис Н.Г. (2002). «Семейство западных красных кедров (Thuja plicata) 8-8 'DIRIGENT демонстрирует различные паттерны экспрессии и консервативную специфичность связывания монолигнолов». Молекулярная биология растений. 49 (2): 199–214. Дои:10.1023 / А: 1014940930703.
  11. ^ Halls SC, Льюис Н.Г. (июль 2002 г.). «Вторичные и четвертичные структуры (+) - пинорезинол-образующего диригентного белка». Биохимия. 41 (30): 9455–61. Дои:10.1021 / bi0259709. PMID  12135368.
  12. ^ Schroeder FC, del Campo ML, Grant JB и др. (Октябрь 2006 г.). «Пинорезинол: лигнол растительного происхождения, защищающий гусеницу». Proc. Natl. Акад. Sci. СОЕДИНЕННЫЕ ШТАТЫ АМЕРИКИ. 103 (42): 15497–501. Дои:10.1073 / pnas.0605921103. ЧВК  1622851. PMID  17030818.
  13. ^ Шмитт Дж, Петерсон М (2002). «Накопление пинорезинола и матирезинола в суспензионной культуре клеток Forsythia × intermedia». Растительные клетки, ткани и культура органов. 68 (1): 91–98. Дои:10.1023 / А: 1012909131741.