Метанолдегидрогеназа

Структура фермента PQQ-MDH, с PQQ в центре. Желтая сфера представляет собой ион La ³⁺ . ^[1]

В энзимологии метанолдегидрогеназа (МДГ) — это фермент, катализирующий химическую реакцию:

CH ₃ OH CH ₂ O + 2 электрона + 2H ⁺ ${\displaystyle \rightleftharpoons }$

То, как электроны захватываются и транспортируются, зависит от типа метанолдегидрогеназы. Существует три основных типа МДГ: НАД ⁺ -зависимый МДГ, пирроло-хинолинхинон- зависимый МДГ и кислородзависимая алкогольоксидаза. ^[2]

Этот фермент принадлежит к семейству оксидоредуктаз , в частности тех, которые действуют на донорную группу CH-OH с НАД ⁺ или НАДФ ⁺ в качестве акцептора. Систематическое название этого класса ферментов — метанол:НАД ⁺ оксидоредуктаза . Этот фермент участвует в метаболизме метана.

Классы метанолдегидрогеназы

Показана реакция метанола на формальдегид, катализируемая МДГ. ^[2]

НАД + зависимый МДГ

Распространенным акцептором электронов в биологических системах является никотинамидадениндинуклеотид (НАД ⁺ ); некоторые ферменты используют родственную молекулу, называемую никотинамидадениндинуклеотидфосфат (НАДФ ⁺ ). NAD ⁺ -зависимая метанолдегидрогеназа ( EC 1.1.1.244) впервые была обнаружена у грамположительных метилотрофов ^[3] и представляет собой фермент , катализирующий химическую реакцию :

СН ₃ ОН + НАД ⁺ СН ₂ О + НАДН + Н ⁺ ${\displaystyle \rightleftharpoons }$

Таким образом, двумя субстратами этого фермента являются метанол и НАД ⁺ , а тремя его продуктами являются формальдегид ( _СН2О ) , НАДН и Н + . Это можно выполнять как в аэробных, так и в анаэробных условиях. ^[2]

НАД ⁺ -зависимые МДГ обнаружены у термофильных грамположительных метилотрофов, но могут быть получены и из некоторых неметилотрофных бактерий. НАД ⁺ -зависимые MDH были обнаружены у Bacillus sp., Lysinibacillus sp. и Cupriavidus sp. ^[2]

PQQ-зависимый MDH

У грамотрицательных бактерий окисление метанола происходит в периплазматическом пространстве, чему способствует PQQ-зависимый МДГ. PQQ-зависимые MDH содержат простетическую группу PQQ, роль которой заключается в захвате электронов при окислении метанола и передаче их цитохрому . ^[2]

MxaFI и XoxF — это гены, которые кодируют PQQ-зависимые MDH. В MDH типа MxaFI кальций (Ca ²⁺ ) кодируется как кофактор PQQ-зависимой метилотрофии. ^[2] MDH XoxF-типа используют лантаноиды (Ln ³⁺ ) в качестве кофакторов и очень селективны по отношению к ранним лантанидам (обычно La-Nd). Sm ³⁺ , Eu ³⁺ и Gd ³⁺ могут поддерживать некоторые организмы типа XoxF, но менее эффективно. Pm ³⁺ и Tb-Lu пока не продемонстрировали никаких признаков использования. ^[2]

Многие метилотрофы кодируют как MxaFI, так и XoxF, но те, которые кодируют только один, будут кодировать исключительно XoxF. ^[4]

О 2 -зависимая алкогольоксидаза

Кислородзависимую алкогольоксидазу (АОХ) можно получить из эукариотических метилотрофов в пероксисоме дрожжей . Формальдегид и перекись водорода (H ₂ O ₂ ) образуются при окислении метанола. Дигидроксиацетонсинтаза (DAS) и каталаза (CTA) должны затем преобразовать эти токсичные химические вещества в нетоксичные формы для защиты клетки. В этом процессе электроны метанола не захватываются клеткой в ​​качестве полезной энергии и, таким образом, теряются. ^[2]

Рекомендации

1. Дэн Ю.В., Ро С.И., Розенцвейг AC (октябрь 2018 г.). «Структура и функция лантанид-зависимой метанолдегидрогеназы XoxF метанотрофа Mmethylomicrobium buryatense 5GB1C». Журнал биологической неорганической химии . 23 (7): 1037–1047. дои : 10.1007/s00775-018-1604-2. ПМК  6370294 . ПМИД  30132076.
2. Ле ТК, Ли Ю.Дж., Хан Г.Х., Йом С.Дж. (2021). «Метанолдегидрогеназы как ключевые биокатализаторы синтетической метилотрофии». Границы биоинженерии и биотехнологии . 9 : 787791. дои : 10.3389/fbioe.2021.787791 . ПМЦ 8741260 . ПМИД  35004648. 
3. Арфман Н., Уотлинг Э.М., Клемент В., ван Остервейк Р.Дж., де Врис Г.Е., Хардер В. и др. (1989). «Метаноболизм метанола у термотолерантных метилотрофных штаммов Bacillus с участием новой катаболической НАД-зависимой метанолдегидрогеназы в качестве ключевого фермента». Архив микробиологии . 152 (3): 280–288. дои : 10.1007/BF00409664. ПМИД  2673121.
4. Чистосердова Л, Калюжная М.Г. (август 2018 г.). «Современные тенденции в метилотрофии». Тенденции в микробиологии . 26 (8): 703–714. дои : 10.1016/j.tim.2018.01.011 . ПМИД  29471983.

дальнейшее чтение

• Арфман Н., Уотлинг Э.М., Клемент В., ван Остервейк Р.Дж., де Врис Г.Е., Хардер В. и др. (1989). «Метаноболизм метанола у термотолерантных метилотрофных штаммов Bacillus с участием новой катаболической НАД-зависимой метанолдегидрогеназы в качестве ключевого фермента». Архив микробиологии . 152 (3): 280–288. дои : 10.1007/BF00409664. ПМИД  2673121.