stringtranslate.com

Субтилизин

Субтилизин — это протеаза ( фермент , расщепляющий белки ), первоначально полученная из Bacillus subtilis . [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8]

Субтилизины относятся к субтилазам , группе сериновых протеаз , которые, как и все сериновые протеазы, инициируют нуклеофильную атаку на пептидную (амидную) связь через остаток серина в активном центре . Субтилизины обычно имеют молекулярную массу 27 кДа. Их можно получить из определенных типов почвенных бактерий , например, Bacillus amyloliquefaciens , из которых они секретируются в больших количествах.

Номенклатура

«Субтилизин» не относится к одному белку, а к целой кладе субтилаз, содержащей классические субтилизины. Кладу можно далее разделить на четыре группы: «истинные субтилизины» (содержащие классические члены), «высокощелочные субтилизины», «внутриклеточные субтилизины» и «филогенетически промежуточные субтилизины» (PIS). [9] [10] Известные субтилизины включают в себя:

Другие некоммерческие названия включают ALK-энзим , бациллопептидазу , щелочную протеиназу Bacillus subtilis , колистиназу , гененазу I , протеазу XXVII , субтилопептидазу , казусазу , протеазу VIII , протин A 3L , протеазу S.

Другие коммерческие наименования с неустановленной молекулярной идентичностью включают SP 266 , orientase 10B (HBI Enzymes), Progress (Novozyme), Liquanase (Novozyme).

Структура

Структура субтилизина была определена методом рентгеновской кристаллографии . Зрелая форма представляет собой глобулярный белок из 275 остатков с несколькими альфа-спиралями и большим бета-слоем . N-конец содержит домен пропептида I9 ( InterPro :  IPR010259 ), который способствует сворачиванию субтилизина. Протеолитическое удаление домена активирует фермент. Он структурно не связан с химотрипсиновым кланом сериновых протеаз, но использует тот же тип каталитической триады в активном центре . Это делает его классическим примером конвергентной эволюции .

Механизм катализа

Активный сайт представляет собой сеть передачи заряда, включающую Asp-32, His-64 и активный сайт Ser-221, организованные в каталитическую триаду . Сеть передачи заряда функционирует следующим образом: Боковая карбоксилатная цепь Asp-32 образует водородные связи с протоном, связанным с азотом, на имидазольном кольце His-64. Это возможно, поскольку Asp имеет отрицательный заряд при физиологическом pH . Другой азот на His-64 образует водородные связи с протоном OH Ser-221. Это последнее взаимодействие приводит к разделению заряда OH, при этом атом кислорода становится более нуклеофильным. Это позволяет атому кислорода Ser-221 атаковать входящие субстраты (т. е. пептидные связи) при содействии соседней карбоксиамидной боковой цепи Asn-155.

Несмотря на то, что Asp-32, His-64 и Ser-221 последовательно расположены далеко друг от друга, они сходятся в трехмерной структуре, образуя активный центр.

Подводя итог описанным выше взаимодействиям, Ser-221 действует как нуклеофил и расщепляет пептидные связи с помощью своего частично отрицательного атома кислорода. Это возможно благодаря природе заряд-реле сайта субтилизина.

Приложения

Инструмент исследования

В молекулярной биологии с использованием B. subtilis в качестве модельного организма ген, кодирующий субтилизин ( aprE ), часто является вторым по выбору геном после amyE для интеграции репортерных конструкций из-за его необязательности.

Коммерческий

Субтилизины , полученные с помощью белковой инженерии, широко используются в коммерческих продуктах (нативный фермент легко инактивируется моющими средствами и высокими температурами) и также называются пятновыводителями, например, в средствах для стирки [15] и мытья посуды , косметике , пищевой промышленности , [16] средствах по уходу за кожей, очистителях контактных линз и для исследований в области синтетической органической химии .

Охрана труда и техника безопасности

Люди могут подвергаться воздействию субтилизина на рабочем месте при вдыхании, проглатывании, контакте с кожей и глазами. Национальный институт охраны труда и техники безопасности (NIOSH) установил рекомендуемый предел воздействия (REL) в 60 нг/м 3 в течение 60 минут. [17]

Субтилизин может вызывать «ферментативную детергентную астму». Люди, чувствительные к субтилизину (алкалазе), обычно также имеют аллергию на бактерию Bacillus subtilis . [18]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ PDB : 1st2 ​; Bott R, Ultsch M, Kossiakoff A, Graycar T, Katz B, Power S (июнь 1988). «Трехмерная структура субтилизина Bacillus amyloliquefaciens при 1,8 А и анализ структурных последствий инактивации перекисью». Журнал биологической химии . 263 (16): 7895–906. doi : 10.1016/S0021-9258(18)68582-5 . PMID  3286644.
  2. ^ Оттесен М., Свендсен И. (1970). Субтилизины . Методы ферментов. Т. 19. С. 199–215. doi :10.1016/0076-6879(70)19014-8. ISBN 978-0-12-181881-4.
  3. ^ Markland FS, Smith EL (1971). «Субтилизины: первичная структура, химические и физические свойства». В Boyer PD (ред.). The Enzymes . Т. 3 (3-е изд.). Нью-Йорк: Academic Press. С. 561–608.
  4. ^ Филипп М., Бендер М. Л. (1983). «Кинетика субтилизина и тиолсубтилизина». Молекулярная и клеточная биохимия . 51 (1): 5–32. doi :10.1007/bf00215583. PMID  6343835. S2CID  24136200.
  5. ^ Nedkov P, Oberthür W, Braunitzer G (апрель 1985). «Определение полной аминокислотной последовательности субтилизина DY и ее сравнение с первичными структурами субтилизинов BPN', Carlsberg и amylosacchariticus». Biological Chemistry Hoppe-Seyler . 366 (4): 421–30. doi :10.1515/bchm3.1985.366.1.421. PMID  3927935.
  6. ^ Ikemura H, Takagi H, Inouye M (июнь 1987). «Требование про-последовательности для производства активного субтилизина E в Escherichia coli». Журнал биологической химии . 262 (16): 7859–64. doi : 10.1016/S0021-9258(18)47646-6 . PMID  3108260.
  7. ^ Полгар Л (1987). "Структура и функции сериновых протеаз". В Brocklehurst K, Neuberger A (ред.). Гидролитические ферменты . Амстердам: Elsevier. ISBN 0-444-80886-8.
  8. ^ Vasantha N, Thompson LD, Rhodes C, Banner C, Nagle J, Filpula D (сентябрь 1984 г.). «Гены щелочной протеазы и нейтральной протеазы из Bacillus amyloliquefaciens содержат большую открытую рамку считывания между областями, кодирующими сигнальную последовательность и зрелый белок». Journal of Bacteriology . 159 (3): 811–9. doi :10.1128/JB.159.3.811-819.1984. PMC 215730 . PMID  6090391. 
  9. ^ Фалькенберг, Фабиан; Рахба, Джейд; Фишер, Дэвид; Ботт, Майкл; Бонгертс, Йоханнес; Зигерт, Петра (октябрь 2022 г.). «Биохимическая характеристика нового окислительно стабильного, галотолерантного и высокощелочного субтилизина из Alkalihalobacillus okhensis Kh10-101 T». FEBS Open Bio . 12 (10): 1729–1746. doi :10.1002/2211-5463.13457. PMC 9527586. PMID  35727859 . 
  10. ^ Фалькенберг, Ф.; Ботт, М.; Бонгартс, Дж.; Зигерт, П. (2022). «Филогенетический обзор семейства субтилаз и поиск новых субтилизинов из Bacillaceae на основе интеллектуального анализа данных». Frontiers in Microbiology . 13 : 1017978. doi : 10.3389 /fmicb.2022.1017978 . PMC 9549277. PMID  36225363. 
  11. ^ Эшенбург, С.; Генов, Н.; Петерс, К.; Фиткау, С.; Стоева, С.; Уилсон, К.С.; Бетцель, К. (15 октября 1998 г.). «Кристаллическая структура субтилизина DY, случайного мутанта субтилизина Карлсберг». European Journal of Biochemistry . 257 (2): 309–18. doi :10.1046/j.1432-1327.1998.2570309.x. PMID  9826175.
  12. ^ Бетцель, К.; Клупш, С.; Браннер, С.; Уилсон, К. С. (1996). Кристаллические структуры щелочных протеаз савиназы и эсперазы из Bacillus lentus . Достижения в экспериментальной медицине и биологии. Т. 379. С. 49–61. doi :10.1007/978-1-4613-0319-0_7. ISBN 978-0-306-45108-9. PMID  8796310.
  13. ^ Бетцель, К; Клупш, С; Папендорф, Г; Хаструп, С; Браннер, С; Уилсон, К. С. (20 января 1992 г.). «Кристаллическая структура щелочной протеиназы Савиназы из Bacillus lentus при разрешении 1,4 А». Журнал молекулярной биологии . 223 (2): 427–45. doi :10.1016/0022-2836(92)90662-4. PMID  1738156.
  14. ^ "THERMOASE PC10F от Amano Enzyme USA Co., Ltd. - Продукты питания, напитки и питание". www.ulprospector.com .
  15. ^ "Состав моющего средства Spar".
  16. ^ Чаплин М. (20 декабря 2004 г.). «Применение протеаз в пищевой промышленности». London South Bank University . Архивировано из оригинала 2010-03-14 . Получено 3 марта 2015 г.
  17. ^ "CDC - NIOSH Карманный справочник по химическим опасностям - Субтилизины". www.cdc.gov . Получено 21.11.2015 .
  18. ^ Медицинский, сестринский и смежный медицинский словарь Мосби, 14-е издание, стр. 557