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| ニトリルヒドラターゼ | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 識別子 | |||||||||
| EC番号 | 4.2.1.84 | ||||||||
| CAS番号 | 82391-37-5 | ||||||||
| 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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ニトリルヒドラターゼ（NHase ; EC 4.2.1.84）は、さまざまなニトリルを対応するアミドに水和する反応を触媒する単核鉄または非コリノイドコバルト酵素です。
- RC≡N + H
2O → RC(O)NH
2
金属補因子
ニトリルヒドラターゼは活性部位にFe(III)またはCo(III)を使用する。これらのイオンは低スピンである。[1]
コバルトベースのニトリルヒドラターゼは、コバルトを使用する酵素の稀な例です。酵素中に存在するコバルトは、通常、ビタミン B 12のようにコリン環に結合しています。
コバルトが毒性を起こさずに NHase に輸送されるメカニズムは不明ですが、細胞膜を越えてコバルトを輸送するコバルト透過酵素が特定されています。ニトリルヒドラターゼの活性部位の金属の正体は、金属が結合している領域のアルファサブユニットの配列データを分析することで予測できます。アミノ酸配列 VCTLC が存在する場合は Co 中心 NHase であることを示し、VCSLC が存在する場合は Fe 中心 NHase であることを示します。
代謝経路
ニトリルヒドラターゼとアミダーゼは、窒素と炭素の唯一の供給源としてニトリルを利用することができる細菌におけるニトリルの連続代謝を担う2つの水和および加水分解酵素であり、中間の第一級アミドを形成せずにニトリル加水分解を行うニトリラーゼ活性の代替として協調して機能します。襟鞭毛藻類モノシガ・ブレビコリス（Monosiga brevicollis）のゲノム配列は、ニトリルヒドラターゼをコードすることが示唆されました。[2] M. brevicollis遺伝子は、単一の遺伝子に融合されたアルファサブユニットとベータサブユニットの両方で構成されていました。ベータサブユニットとアルファサブユニットの融合からなる同様のニトリルヒドラターゼ遺伝子は、その後、いくつかの真核生物スーパーグループで特定されており、このようなニトリルヒドラターゼがすべての真核生物の最後の共通祖先に存在していたことを示唆しています。[3]
産業用途
NHaseは、アクリロニトリルからアクリルアミドを年間60万トン規模で工業的に生産するために[4] 、また[5]廃水からニトリルを除去するために効果的に使用されています。光感受性NHaseは本質的に鉄中心に結合した一酸化窒素（NO）を有しており、その光解離により酵素が活性化されます。ニコチンアミドは、ロドコッカス・ロドクロウスJ1由来のニトリルヒドラターゼによって触媒される3-シアノピリジンの加水分解によって工業的に生産され[4]、[6] [7]、動物飼料用として年間3500トンのニコチンアミドが生産されています。[5]
構造
NHase は、アミノ酸配列が関連しない α と β の 2 種類のサブユニットで構成されています。NHase は αβ 二量体または α 2 β 2四量体として存在し、αβ ユニットごとに 1 つの金属原子を結合します。多くの NHase の 3D 構造が決定されています。α サブユニットは、2 つの α ヘリックスを含む長く伸びた N 末端「アーム」と、珍しい 4 層構造 (α-β-β-α) を持つ C 末端ドメインで構成されています。β サブユニットは、α サブユニットを包む長い N 末端ループ、α サブユニットの N 末端ドメインに詰め込まれたヘリカル ドメイン、および β ロールと 1 つの短いヘリックスからなる C 末端ドメインで構成されています。
組み立て
ニトリルヒドラターゼの組み立て経路は、ゲル濾過実験で複合体がαβとα2β2の両方の形で存在することが判明したときに初めて提案されました。[9]質量分析法を使用したin vitro実験では、αサブユニットとβサブユニットが最初に組み立てられてαβ二量体を形成することがさらに明らかになりました。その後、二量体は相互作用して四量体を形成します。[10]
機構
金属中心は、2 つのサブユニット間の界面にある中央の空洞にあります。金属原子に対するすべてのタンパク質リガンドは、α サブユニットによって提供されます。鉄に対するタンパク質リガンドは、3 つのシステイン(Cys) 残基の側鎖と 2 つの主鎖アミド窒素です。金属イオンは八面体に配位しており、タンパク質リガンドは八面体の 5 つの頂点にあります。活性部位の溝にアクセスできる 6 番目の位置は、NO または溶媒交換可能なリガンド (水酸化物または水) によって占められています。金属に配位している 2 つの Cys 残基は、翻訳後に Cys-スルフィン酸(Cys-SO 2 H) および -スルフェン酸 (Cys-SOH) に修飾されます。
量子化学研究では、Cys-SOH残基は塩基（求核性水分子を活性化する）[11]または求核剤としての役割を果たす可能性があると予測されました。[12]その後、求核剤としてのSOH中心の機能的役割は実験的に裏付けられました。[13]
参考文献
- ^ Karunagala Pathiranage、Wasantha Lankathilaka; Gumataotao、Natalie; Fiedler、Adam T.; Holz、Richard C.; Bennett、Brian (2021)。「EPR分光法によるニトリルヒドラターゼ反応経路の中間種の同定」。生化学。60 ( 49 ): 3771–3782。doi :10.1021 / acs.biochem.1c00574。PMC 8721871。PMID 34843221。
- ^ Foerstner KU, Doerks T, Muller J, Raes J, Bork P (2008). Hannenhalli S (編). 「真核生物Monosiga brevicollisのニトリルヒドラターゼ」. PLOS ONE . 3 (12): e3976. Bibcode :2008PLoSO...3.3976F. doi : 10.1371/journal.pone.0003976 . PMC 2603476. PMID 19096720 .
- ^ Marron AO、Akam M、Walker G (2012)。Stiller J (編)。「ニトリルヒドラターゼ遺伝子は複数の真核生物スーパーグループに存在する」。PLOS ONE。7 ( 4 ) : e32867。Bibcode : 2012PLoSO ... 732867M。doi : 10.1371/journal.pone.0032867。PMC 3323583。PMID 22505998。
- ^ ab Schmidberger, JW; Hepworth, LJ; Green, AP; Flitsch, SL (2015). 「酵素によるアミドの合成」。Faber, Kurt; Fessner, Wolf-Dieter; Turner, Nicholas J. (編著)。有機合成における生体触媒 1。合成の科学。Georg Thieme Verlag。pp . 329–372。ISBN 9783131766113。
- ^ ab Asano, Y. (2015). 「ニトリルの加水分解によるアミドの生成」。Faber, Kurt、Fessner, Wolf-Dieter、Turner, Nicholas J. (編著)。有機合成における生体触媒 1。合成の科学。Georg Thieme Verlag。pp . 255–276。ISBN 9783131766113。
- ^ 長沢 徹; Mathew Caluwadewa Deepal; Mauger Jacques; Yamada Hideaki (1988). 「Rhodococcus rhodochrous J1 における 3-シアノピリジンからのニコチンアミドのニトリルヒドラターゼ触媒生成」. Appl. Environ. Microbiol. 54 (7): 1766–1769. Bibcode :1988ApEnM..54.1766N. doi :10.1128 / AEM.54.7.1766-1769.1988. PMC 202743. PMID 16347686.
- ^ Hilterhaus, L.; Liese, A. (2007). 「Building Blocks」。Ulber, Roland; Sell, Dieter (編)。ホワイトバイオテクノロジー。生化学工学/バイオテクノロジーの進歩。第105巻。Springer Science & Business Media。pp . 133–173。doi :10.1007/ 10_033。ISBN 9783540456957. PMID 17408083。
{{cite book}}:|journal=無視されました (ヘルプ) - ^ 長島 S、中迫 M、堂前 N、他（1998年5月）。 「酸素原子の爪を備えたニトリルヒドラターゼの新規非ヘム鉄中心」。ナット。構造体。バイオル。5 (5): 347–51。土井：10.1038/nsb0598-347。PMID 9586994。S2CID 20435546 。
- ^ Payne, MS; Wu, S; Fallon, RD; Tudor, G; Stieglitz, B; Turner, IM; Nelson, MJ (1997 年 5 月)。「立体選択的コバルト含有ニトリルヒドラターゼ」。生化学。36 ( 18 ) : 5447–54。doi :10.1021/bi962794t。PMID 9154927。
- ^ Marsh JA、Hernández H、Hall Z、Ahnert SE、Perica T、Robinson CV、Teichmann SA (2013 年 4 月)。「タンパク質複合体は、進化的選択を受け、秩序だった経路で組み立てられる」。Cell . 153 ( 2): 461–470. doi :10.1016/j.cell.2013.02.044. PMC 4009401 . PMID 23582331。
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- ^ Hopmann, KH; Himo F (2008 年 3 月). 「ニトリルヒドラターゼの第二殻機構の理論的研究」.ヨーロッパ無機化学ジャーナル. 2008 (9): 1406–1412. doi :10.1002/ejic.200701137.
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{{cite journal}}: CS1 maint: 複数の名前: 著者リスト (リンク)
さらに読む
- Prasad, S; Bhalla, TC (2010年5 月)。「ニトリルヒドラターゼ (NHase): 学術界と産業の接点」。バイオテクノロジーの進歩。28 (6): 725–41。doi : 10.1016 /j.biotechadv.2010.05.020。PMID 20685247 。
- Rzeznicka, K; Schätzle, S; Böttcher, D; Klein, J; Bornscheuer, UT (2009 年 8 月)。「Rhodococcus equi TG328-2 由来のニトリルヒドラターゼ (NHase) の Escherichia coli でのクローニングと機能発現、精製および生化学的特性評価」。Appl Microbiol Biotechnol . 85 (5): 1417–25. doi :10.1007/s00253-009-2153-y. PMID 19662400. S2CID 39075717。
- Song, L; Wang, M; Yang, X; Qian , S (2007 年 6 月)。「Rhodococcus sp. AJ270 由来のエナンチオ選択的ニトリルヒドラターゼの精製と特性評価」。Biotechnol J. 2 (6): 717–24. doi :10.1002/biot.200600215. PMID 17330219. S2CID 26881034。
- Miyanaga, A; Fushinobu, S; Ito, K; Shoun, H; Wakagi, T (2004 年 1 月)。「基質および金属結合におけるコバルト含有ニトリルヒドラターゼの変異および構造解析」。Eur J Biochem . 271 (2): 429–38. doi : 10.1046/j.1432-1033.2003.03943.x . PMID 14717710。
- Hann, EC; Eisenberg, A; Fager, SK; Perkins, NE; Gallagher, FG; Cooper, SM; Gavagan, JE; Stieglitz, B; Hennessey, SM; DiCosimo, R (1999 年 10 月)。「固定化 Pseudomonas chlororaphis B23 を使用した 5-シアノバレラミドの生産」。Bioorg Med Chem . 7 (10): 2239–45. doi :10.1016/S0968-0896(99)00157-1. PMID 10579532。
