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| ベンジルコハク酸合成酵素 | |||||||||
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 ベンジルコハク酸合成酵素のαサブユニットに位置する触媒Cys493 | |||||||||
| 識別子 | |||||||||
| EC番号 | 4.1.99.11 | ||||||||
| データベース | |||||||||
| インテンズ | IntEnzビュー | ||||||||
| ブレンダ | BRENDAエントリー | ||||||||
| エクスパス | NiceZyme ビュー | ||||||||
| ケッグ | KEGGエントリー | ||||||||
| メタサイク | 代謝経路 | ||||||||
| プリアモス | プロフィール | ||||||||
| PDB構造 | RCSB PDB PDBe PDBsum | ||||||||
| 遺伝子オントロジー | アミゴー / クイックゴー | ||||||||
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ベンジルコハク酸合成酵素（EC 4.1.99.11）は 化学反応を触媒する。
- トルエン+フマル酸ベンジルコハク酸
この酵素は、トルエンとフマル酸を基質としてラジカル型付加反応を触媒し、生成物として（R）-ベンジルコハク酸を生成する。これは嫌気性トルエン分解の最初のステップである。
ベンジルコハク酸合成酵素は、 Thauera aromaticaやAromatoleum tuluolicumなどの多くの微生物に見られるグリシルラジカル酵素で、主にトルエンなどの芳香族炭化水素を分解します。 [1]この酵素は、トルエンとフマル酸の間の炭素-炭素結合を触媒してベンジルコハク酸を生成します。ベンジルコハク酸は、β酸化に似たスキームでベンゾイルCoAに変換され、その後、還元的に脱芳香族化されて代謝物になります。[2] BSSはα、β、γサブユニットで構成され、αサブユニットには活性化グリシルラジカルが含まれ、βサブユニットとγサブユニットは触媒活性酵素の形成と安定性に必要です。[3]触媒残基に関して、突然変異誘発実験では、Cys493とGly829がT. aromatica T1株の触媒に重要であることに加えて、保存されたArg508の変異もベンジルコハク酸合成酵素の活性に重要であることが示唆されている。[4]
命名法
この酵素はグリシルラジカル酵素のファミリーに属し、酵素委員会のリアーゼのカテゴリ、具体的には炭素-炭素リアーゼの「包括的な」クラスに分類されています。この酵素クラスの系統名は、ベンジルコハク酸フマル酸リアーゼ（トルエン形成）です。この酵素はベンジルコハク酸フマル酸リアーゼとも呼ばれますが、ベンジルコハク酸の分解を触媒しません。この酵素は、CoA ライゲーションを介してトルエンを安息香酸分解経路に供給することに関与します。
機構
その本質的な機能の結果として、その配列は、無酸素トルエン汚染現場の活性分解を研究する際の遺伝子マーカーとして使用されている[1]
ハイダーらが提唱するメカニズムは以下の通りである。活性化ベンジルコハク酸合成酵素には、Gly829 に反応性の低いグリシンラジカルが含まれる。[5]両方の基質が活性部位に結合すると、グリシンラジカルは近接する Cys429 にチイルラジカルを生成する。このチイルラジカルはトルエンのメチル基からプロトンを抽出し、フマル酸の二重結合に付加する。次にベンジルコハク酸ラジカル中間体が Cys429 からプロトンを抽出し、チイル状態に戻すことでグリシルラジカルの休止状態を回復できる。
環境的重要性
トルエン、エチルベンゼン、フェノールなどの芳香族炭化水素は、生態系、特に地下水中の持続性汚染物質です。さらに、これらの炭化水素は不活性、芳香族性、酸化されやすい官能基がないため、分解が困難です。マグネトスピリラム属などの微生物は、ラジカル化学を利用してこれらの炭化水素を官能化し、さらに酸化することで、これらの化学的障害を克服する能力を示しています。[4]しかし、ベンジルコハク酸合成酵素の産業的有用性は、酵素の活性型が分子状酸素によって容易かつ迅速に分解されるため、嫌気性条件に限定されるようです。[5]これは多くの周囲環境に存在し、活性部位で行われるラジカルグリシル化学を妨害します。また、ベンジルコハク酸合成酵素の不活性型は、酸素に敏感で中点電位が低い [4Fe-4S] クラスターのため、酸素条件に適合しないと考えられています。[5]
Saliiと同僚らは、ベンジルコハク酸シンターゼの基質の範囲を拡大し、芳香族炭化水素の生分解への応用を拡大できることを示した。[6]これには、トルエンの特徴であるメチル基に加えてヒドロキシル基を示すm-、p-、o-クレゾールが含まれる。彼らの研究では、Ile617とIle620は活性部位の周囲に保護的な疎水性壁を形成すると予測された2つのアミノ酸残基であったため、Ile617をValに変異させることで基質の拡大を達成した。
参考文献
- ^ ab Winderl C、Schaefer S、Lueders T (2007 年 4 月)。「ベンジルコハク酸合成酵素 (bssA) 遺伝子を機能マーカーとして用いた汚染帯水層における嫌気性トルエンおよび炭化水素分解菌の検出」。環境微生物学。9 (4): 1035–1046。doi :10.1111/ j.1462-2920.2006.01230.x。PMID 17359274 。
- ^ Funk MA、Judd ET、Marsh EN、Elliott SJ、Drennan CL（2014年7月）。「ベンジルコハク酸合成酵素の構造は、グリシルラジカル酵素の活性化と活性における補助サブユニットの役割を解明する」。 米国科学アカデミー紀要。111 （28）：10161–10166。doi ：10.1073 / pnas.1405983111。PMC 4104874。PMID 24982148。
- ^ Li L、Patterson DP、Fox CC、Lin B、Coschigano PW、Marsh EN (2009 年 2 月)。「ベンジルコハク酸合成酵素のサブユニット構造」。生化学。48 ( 6 ) : 1284–1292。doi :10.1021/bi801766g。PMC 2820103。PMID 19159265 。
- ^ ab Meyer-Cifuentes I, Gruhl S, Haange SB, Lünsmann V, Jehmlich N, Bergen MV, et al. (2020年5月). 「トルエン分解性脱窒菌Magnetospirillum sp. 株15-1におけるベンジルコハク酸合成酵素の転写後制御」.微生物. 8 (5): 681. doi : 10.3390/microorganisms8050681 . PMC 7285207 . PMID 32392861.
- ^ abc Heider J, Szaleniec M, Martins BM , Seyhan D, Buckel W, Golding BT (2016). 「ベンジルコハク酸合成酵素および関連するフマル酸付加グリシルラジカル酵素の構造と機能」。分子微生物 学およびバイオテクノロジージャーナル。26 (1–3): 29–44。doi :10.1159/000441656。PMID 26959246。S2CID 12583026。
- ^ Salii I, Szaleniec M, Zein AA, Seyhan D, Sekuła A, Schühle K, et al. (2021-03-19). 「標的変異誘発により明らかにされたグリシルラジカル酵素ベンジルコハク酸合成酵素の基質認識の決定因子」. ACS Catalysis . 11 (6): 3361–3370. doi : 10.1021/acscatal.0c04954 . ISSN 2155-5435. S2CID 233790055.
さらに読む
- Beller HR、Spormann AM (1998 年 10 月) 。「生成物の構造研究に基づく嫌気性トルエン活性化のための新規ベンジルコハク酸合成酵素反応の分析」。Journal of Bacteriology。180 ( 20): 5454–5457。doi :10.1128/ JB.180.20.5454-5457.1998。PMC 107597。PMID 9765580。
- Leuthner B、Leutwein C、Schulz H、Hörth P、Haehnel W、Schiltz E、他 (1998 年 5 月)。「Thauera aromaca 由来ベンジルコハク酸合成酵素の生化学的および遺伝学的特徴: 嫌気性トルエン代謝の第一段階を触媒する新しいグリシルラジカル酵素」。分子微生物学 。28 ( 3): 615–628。doi : 10.1046 /j.1365-2958.1998.00826.x。PMID 9632263。S2CID 29895475。
