Мирозиназа - Myrosinase
| Тиоглюкозидаза (мирозиназа) | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
 Мирозиназа из Sinapis alba . PDB 1e4m
| |||||||||
| Идентификаторы | |||||||||
| ЕС нет. | 3.2.1.147 | ||||||||
| № CAS | 9025-38-1 | ||||||||
| Базы данных | |||||||||
| IntEnz | Просмотр IntEnz | ||||||||
| BRENDA | BRENDA запись | ||||||||
| ExPASy | Просмотр NiceZyme | ||||||||
| КЕГГ | Запись в KEGG | ||||||||
| MetaCyc | метаболический путь | ||||||||
| ПРИАМ | профиль | ||||||||
| Структуры PDB | RCSB PDB PDBe PDBsum | ||||||||
| Генная онтология | Amigo / QuickGO | ||||||||
| |||||||||
Мирозиназа ( EC 3.2.1.147 , тиоглюкозидглюкогидролаза , синигриназа и синиграза ) - это семейство ферментов, участвующих в защите растений от травоядных , в частности бомбы из горчичного масла . Трехмерная структура была выяснена и доступна в PDB (см. Ссылки в информационном окне).
Член семейства гликозидгидролаз , мирозиназа обладает некоторыми сходствами с более распространенными О- гликозидазами . Тем не менее, мирозиназа является единственным известным фермент найдена в природе , которые могут расщеплять тио~d -связанной глюкозы . Его известная биологическая функция - катализировать гидролиз класса соединений, называемых глюкозинолатами .
Мирозиназная активность
Мирозиназа считается ферментом, связанным с защитой, и способна гидролизовать глюкозинолаты до различных соединений, некоторые из которых токсичны.
Механизм
Мирозиназа катализирует в химическую реакцию
- тиоглюкозид + H 2 O сахар + тиол
Таким образом, двумя субстратами этого фермента являются тиоглюкозид и H 2 O , а двумя его продуктами являются сахар и тиол .
В присутствии воды мирозиназа отщепляет глюкозную группу от глюкозинолата . Оставшаяся молекула затем быстро превращается в тиоцианат , изотиоцианат или нитрил ; это активные вещества, которые служат защитой растения. Гидролиз глюкозинолатов мирозиназой может давать множество продуктов в зависимости от различных физиологических условий, таких как pH и присутствие определенных кофакторов . Было замечено, что все известные реакции имеют одни и те же начальные этапы. (См. Рис. 2). Сначала бета-тиоглюкозидная связь расщепляется мирозиназой, высвобождая D-глюкозу . Образовавшийся агликон подвергается спонтанной перегруппировке, подобной Лоссену, с высвобождением сульфата . Последний этап механизма может быть самым разнообразным в зависимости от физиологических условий, в которых протекает реакция. При нейтральном pH первичным продуктом является изотиоцианат . В кислых условиях (pH <3) и в присутствии ионов двухвалентного железа или белков эпитиоспециферов вместо этого благоприятствует образованию нитрилов .
Кофакторы и ингибиторы
Аскорбат является известным кофактором из мирозиназы, выступающий в качестве основного катализатора в глюкозинолатах гидролиза. Например, мирозиназа, выделенная из дайкона ( Raphanus sativus ), продемонстрировала увеличение V max с 2,06 мкмоль / мин на мг белка до 280 мкмоль / мин на мг белка на субстрате, аллилглюкозинолате (синигрине) в присутствии 500 мкг / мин. мкМ аскорбата. Сульфат , побочный продукт гидролиза глюкозинолата , был идентифицирован как конкурентный ингибитор мирозиназы. Кроме того, 2-F-2-дезоксибензилглюкозинолат, который был синтезирован специально для изучения механизма действия мирозиназы, ингибирует фермент, улавливая один из остатков глутаминовой кислоты в активном центре , Glu 409.
Состав
Мирозиназа существует в виде димера с субъединицами 60-70 кДа каждая. Рентгеновская кристаллография мирозиназы, выделенной из Sinapis alba, показала, что две субъединицы связаны атомом цинка. Выраженность солевых мостиков , дисульфидных мостиков , водородных св зей , а также гликозилирование , как полагают, способствовать фермента ей стабильность», особенно когда растение находится под атакой и испытывает серьезное повреждение тканей. Особенностью многих β- глюкозидаз являются каталитические остатки глутамата в их активных центрах , но два из них были заменены одним остатком глутамина в мирозиназе. Было показано, что аскорбат замещает активность остатков глутамата. (См. Механизм на Рисунке 3.)
Биологическая функция
Мирозиназа и ее естественный субстрат , глюкозинолат , как известно, являются частью защитной реакции растения . Когда растение подвергается нападению патогенов , насекомых или других травоядных животных , оно использует мирозиназу для преобразования глюкозинолатов , которые в остальном неопасны, в токсичные продукты, такие как изотиоцианаты , тиоцианаты и нитрилы .
Компартментализация в растениях
Глюкосинолат-мирозиназой оборонительная система упакована на заводе уникальным образом. Растения накапливают глюкозинолаты мирозиназы путем компартментализации, так что последние высвобождаются и активируются только тогда, когда растение подвергается атаке. Мирозиназа хранится в основном в виде зерен мирозина в вакуолях определенных идиобластов, называемых мирозиновыми клетками, но также сообщалось о белковых телах или вакуолях и в виде цитозольных ферментов, которые имеют тенденцию связываться с мембранами. Глюкозинолаты хранятся в соседних, но отдельных «S-клетках». Когда растение повреждает ткань, мирозиназа вступает в контакт с глюкозинолатами , быстро превращая их в мощную антибактериальную форму. Наиболее эффективными из таких продуктов являются изотиоцианаты , за которыми следуют тиоцианаты и нитрилы .
Эволюция
Известно, что к растениям, обладающим защитной системой мирозиназы-глюкозинолат, относятся: горчица белая ( Sinapis alba ), кресс-салат ( Lepidium sativum ), васаби ( Wasabia japonica ), дайкон ( Raphanus sativus ), а также некоторые представители семейства Brassicaceae , в том числе желтая горчица ( Brassica juncea ), семена рапса ( Brassica napus ) и обычные диетические капусты , такие как брокколи , цветная капуста , капуста , бок-чой и капуста . Горькое послевкусие многих из этих овощей часто можно отнести к гидролизу в глюкосинолатах при повреждении тканей во время приготовления пищи или при употреблении этих овощей в сыром виде . Этот метод защиты используют семена папайи, но не сама мякоть плодов.
Мирозиназа также была выделена из капустной тли . Это говорит о совместной эволюции капустной тли с ее основным источником пищи. Тля использует такую же стратегию защиты, как и растения. Как и ее основной источник пищи, капустная тля разделяет свою природную мирозиназу и глюкозинолаты, которые она проглатывает. Когда капустная тля подвергается нападению и ее ткани повреждаются, содержащиеся в ней глюкозинолаты активируются, производя изотиоцианаты и удерживая хищников от нападения на других тлей.
Историческая актуальность и современные приложения
сельское хозяйство
Исторически сложилось так, что такие культуры, как рапс , содержащие систему глюкозинолат-мирозиназа, специально разводились для минимизации содержания глюкозинолатов, поскольку семена рапса в кормах для животных оказались токсичными для домашнего скота . Система глюкозинолат-мирозиназа была исследована как возможный биофумигант для защиты сельскохозяйственных культур от вредителей. Сильные продукты гидролиза глюкозинолатов (GHP) можно распылять на посевы для сдерживания травоядности. Другой вариант - использовать методы генной инженерии для введения системы глюкозинолат-мирозиназа в сельскохозяйственные культуры в качестве средства повышения их устойчивости к вредителям.
Человеческое здоровье
Известно , что изотиоцианаты , основной продукт гидролиза глюкозинолатов, предотвращают поглощение йода щитовидной железой , вызывая зоб . Также известно, что изотиоцианаты в высоких концентрациях вызывают гепатотоксичность или повреждение печени. Однако более поздние исследования показали, что диета с высоким содержанием глюкозинолат-содержащих овощей, таких как диетическая капуста, связана с более низким риском сердечно-сосудистых заболеваний, диабета и рака. Изотиоцианаты Было показано , что для индукции Фаза II детоксикации ферменты , участвующие в ксенобиотиков метаболизма из канцерогенов . Появляется все больше свидетельств того, что мирозиназоподобный фермент может также присутствовать в микробиоме кишечника человека . Хотя мирозиназа, как и многие другие ферменты , будет денатурированными при высоких температурах и , таким образом , теряет свою активность при варке, кишка микроб , способный катализировать же гидролиз в глюкосинолатах будет иметь возможность активировать заглатывание глюкозинолатов в их более мощные формы, например Изотиоцианатах.
Согласно статье в Медицинском журнале Новой Англии , у китаянки, которая ежедневно ела 1–1,5 кг (2,2–3,3 фунта) сырого бок-чой, развился тяжелый гипотиреоз из-за чрезмерного приема мирозиназы.