stringtranslate.com

Карбонилсульфидгидролаза

Карбонилсульфидгидролаза ( EC 3.13.1.7; сокращенно COSase ) — это фермент, который расщепляет карбонилсульфид (COS) до сероводорода (H 2 S) и углекислого газа (CO 2 ). Выделенный из бактерии Thiobacillus thioparus , потенциал COSase может снизить высокий эффект глобального потепления COS и изменить химию озона, поскольку COS является источником серы в тропосфере. [1] [2] [3]

Этимология

Поскольку это гидролаза, которая является ферментом, который использует воду для разрыва химических связей, название предполагает, что в механизме есть молекулы воды, которые участвуют в распространении молекул в реакции. Само название при расщеплении означает, что это фермент, который расщепляет карбонилсульфид.

История

COSase была выделена, охарактеризована и структура была определена из бактерии Thiobacillus thioparus . В поисках химического метода для более эффективного расщепления COS, чем биологически установленные методы, которые используют почвенную среду для ферментов деградации. Эти ферменты - карбоангидраза , карбодисульфидгидролаза, нитрогеназа , оксид углерода и RuBisCO . [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] Перечисленные ферменты ограничены в своем использовании из-за специфики и оптимальных условий, поэтому исследуется химическая разработка фермента, уникального для катализа деградации COS. - Thiobacillus thioparus - это бактерия, обнаруженная как в почве, так и в пресной воде, и известная своими сероокисляющими свойствами. Штамм, используемый для создания COSase, - THI11, который изначально был выделен как микроорганизм, деградирующий тиоцианат. [13] Фермент был обнаружен путем пропускания экстракта штамма T. thioparus THI115 через колоночную хроматографию для его очистки и ICP-MS для определения структуры. [1]

Структура

С помощью электрофореза в полиакриламидном геле с додецилсульфатом натрия была обнаружена молекулярная масса субъединицы 27 кДа. [1] После тестирования на экспрессию в E. coli с помощью SEC-MALS была обнаружена истинная молекулярная масса ~94 кДа . [1] ICP-MS показывает, что на субъединицу приходится один ион цинка. [1] Последовательность из 35 аминокислот, обнаруженная на N-конце: MEKSNTDALLENNRLYAGGQATHRPGHPGMQPIQP. [1] Имеется пять нитей (β1−β5), которые составляют ядро ​​β-слоя , и четыре α-спирали (α1, α2, α3 и α6) на его фланге, с двумя дополнительными спиралями (α4 и α5), которые выступают из его ядра. Они организованы в гомодимерные пары, образуя десятицепочечные β-слои. [1] Между двумя субъединицами гомодимера находится каталитический сайт. Cys44, His97, Cys 100 и молекула воды координируются с ионом цинка, с молекулой тиоцианата в кармане каталитического сайта. [1]

Функция

COSase отвечает за деградацию COS до H 2 S и CO 2 на втором этапе SCN − ассимиляции. Она гидролизует COS с определенной специфичностью в широком диапазоне концентраций как in vivo , так и in vitro . [1]

Механизм

Тиоцианатгидролаза (SCNase), обнаруженная в THI115, инициирует ферментативное образование тиоцианата (SCN − ). SCNase гидролизует SCN − до аммиака и COS. COS, который получается в результате гидролиза, метаболизируется с образованием сероводорода (H 2 S) , который окисляется до сульфата для получения энергии. [14] [15] [16] [17] [18]

Ионы гидроксида и цинка осуществляют нуклеофильную атаку на углерод в молекуле COS, что создает промежуточное соединение с цинком, связанным с кислородом гидроксида и серой молекулы COS. Затем кислород высвобождается из цинка и образует CO2 . Вода из растворителя взаимодействует с ионом серы-цинка и регенерирует активный центр и высвобождает H2S . [ 1]

Ингибитор карбонилсульфидгидролазы

COSase слабо ингибируется SCN − . [1]

Ссылки

  1. ^ abcdefghijk Огава Т., Ногучи К., Сайто М., Нагахата Ю., Като Х., Отаки А. и др. (март 2013 г.). «Карбонилсульфидгидролаза из штамма Thiobacillus thioparus THI115 является одним из ферментов семейства β-карбоангидразы». Журнал Американского химического общества . 135 (10): 3818–25. дои : 10.1021/ja307735e. ПМИД  23406161.
  2. ^ Чин М., Дэвис Д.Д. (1995). «Повторный анализ карбонилсульфида как источника стратосферного фонового серного аэрозоля». Журнал геофизических исследований . 100 (D5): 8993. Bibcode : 1995JGR...100.8993C. doi : 10.1029/95JD00275.
  3. ^ Андреа МО (16 мая 1997 г.). «Атмосферные аэрозоли: биогеохимические источники и роль в химии атмосферы». Science . 276 (5315): 1052–1058. doi :10.1126/science.276.5315.1052.
  4. ^ Supuran CT (февраль 2008 г.). «Углекислые ангидразы: новые терапевтические применения ингибиторов и активаторов». Nature Reviews. Drug Discovery . 7 (2): 168–81. doi :10.1038/nrd2467. PMID  18167490. S2CID  3833178.
  5. ^ Seefeldt LC, Rasche ME, Ensign SA (апрель 1995 г.). «Карбонилсульфид и диоксид углерода как новые субстраты, а дисульфид углерода как новый ингибитор нитрогеназы». Биохимия . 34 (16): 5382–9. doi :10.1021/bi00016a009. PMID  7727396.
  6. ^ Protoschill-Krebs G, Wilhelm C, Kesselmeier J (сентябрь 1996 г.). «Потребление карбонилсульфида (COS) карбоангидразой (CA) высших растений». Atmospheric Environment . 30 (18): 3151–3156. Bibcode : 1996AtmEn..30.3151P. doi : 10.1016/1352-2310(96)00026-X.
  7. ^ Miller AG, Espie GS, Canvin DT (июль 1989). «Использование оксисульфида углерода, структурного аналога CO(2), для изучения активного транспорта CO(2) в цианобактерии Synechococcus UTEX 625». Физиология растений . 90 (3): 1221–31. doi :10.1104/pp.90.3.1221. PMC 1061868. PMID  16666875 . 
  8. ^ Lorimer GH, Pierce J (февраль 1989). «Карбонилсульфид: альтернативный субстрат для рибулозо-1,5-бисфосфаткарбоксилазы, но не активатор ее». Журнал биологической химии . 264 (5): 2764–72. doi : 10.1016/S0021-9258(19)81679-4 . PMID  2492523.
  9. ^ Haritos VS, Dojchinov G (январь 2005). "Метаболизм карбоангидразы является ключевым фактором токсичности CO2 и COS, но не CS2 по отношению к мучному хрущаку Tribolium castaneum [Coleoptera: Tenebrionidae]". Сравнительная биохимия и физиология. Токсикология и фармакология . 140 (1): 139–47. doi :10.1016/j.cca.2005.01.012. PMID  15792633.
  10. ^ Ensign SA (апрель 1995 г.). «Реакционная способность дегидрогеназы оксида углерода из Rhodospirillum rubrum с диоксидом углерода, карбонилсульфидом и дисульфидом углерода». Биохимия . 34 (16): 5372–8. doi :10.1021/bi00016a008. PMID  7727395.
  11. ^ Chengelis CP, Neal RA (октябрь 1979). «Метаболизм карбонилсульфида в печени». Biochemical and Biophysical Research Communications . 90 (3): 993–9. doi :10.1016/0006-291X(79)91925-9. PMID  116662.
  12. ^ Alterio V, Di Fiore A, D'Ambrosio K, Supuran CT, De Simone G (август 2012 г.). «Множественные способы связывания ингибиторов с карбоангидразами: как разрабатывать специфические препараты, нацеленные на 15 различных изоформ?». Chemical Reviews . 112 (8): 4421–68. doi :10.1021/cr200176r. hdl : 2158/776392 . PMID  22607219.
  13. ^ Katayama Y, Narahara Y, Inoue Y, Amano F, Kanagawa T, Kuraishi H (май 1992). "Тиоцианатгидролаза Thiobacillus thioparus. Новый фермент, катализирующий образование карбонилсульфида из тиоцианата". Журнал биологической химии . 267 (13): 9170–5. doi : 10.1016/S0021-9258(19)50404-5 . PMID  1577754.
  14. ^ Sauze J, Ogée J, Maron PA, Crouzet O, Nowak V, Wohl S и др. (декабрь 2017 г.). «Обмен 18O и OCS». Soil Biology & Biochemistry . 115 : 371–382. doi :10.1016/j.soilbio.2017.09.009. PMC 5666291. PMID  29200510 . 
  15. ^ Бербен Т, Балкема С, Сорокин ДЮ, Мюйзер Г (26 декабря 2017 г.). «T Using Transcriptomics». mSystems . 2 (6): mSystems.00102–17, e00102–17. doi :10.1128/mSystems.00102-17. PMC 5744179 . PMID  29285524. 
  16. ^ Sun W, Kooijmans LM, Maseyk K, Chen H, Mammarella I, Vesala T, Levula J, Keskinen H, Seibt U (1 февраля 2018 г.). «Потоки карбонилсульфида (COS), оксида углерода и диоксида углерода в почве в бореальном лесу на юге Финляндии». Атмосферная химия и физика . 18 (2): 1363–1378. Bibcode : 2018ACP....18.1363S. doi : 10.5194/acp-18-1363-2018 .
  17. ^ Sun W, Maseyk K, Lett C, Seibt U (4 июня 2018 г.). «Устьичный контроль потоков карбонилсульфида и CO<sub>2</sub> через листья в пресноводном болоте <i>Typha</i>». Biogeosciences . 15 (11): 3277–3291. Bibcode :2018BGeo...15.3277S. doi : 10.5194/bg-15-3277-2018 .
  18. ^ Zhao S, Yi H, Tang X, Kang D, Yu Q, Gao F, Wang J, Huang Y, Yang Z (1 февраля 2018 г.). «Механизм повышения активности материалов на основе гидротальцита при удалении карбонилсульфида». Химия и физика материалов . 205 : 35–43. doi :10.1016/j.matchemphys.2017.11.002.

Дальнейшее чтение