Полигалактуроназа - Polygalacturonase
| Полигалактуроназа | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
 Компьютерное изображение полигалактуроназы, обнаруженной в Aspergillus aculeatus (1IA5) при pH 8,5
| |||||||||
| Идентификаторы | |||||||||
| ЕС нет. | 3.2.1.15 | ||||||||
| № CAS | 9032-75-1 | ||||||||
| 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 | ||||||||
| |||||||||
Полигалактуроназы ( ЕС 3.2.1.15 ), также известная как пектин depolymerase , PG , pectolase , пектин гидролаза , и поли-альфа-1,4-galacturonide glycanohydrolase , представляет собой фермент , который гидролизует альфа-1,4 - гликозидные связи между кислотными галактуроновыми остатками . Полигалактуронан, основным компонентом которого является галактуроновая кислота, является важным углеводным компонентом пектиновой сети, которая включает стенки растительных клеток . Следовательно, активность эндогенных PG растений смягчает и подслащивает фрукты в процессе созревания. Точно так же фитопатогены используют PG как средство ослабления пектиновой сети, так что пищеварительные ферменты могут выделяться в растение-хозяин для получения питательных веществ.
Состав
Множественные параллельные бета-листы этого фермента образуют спиральную форму, которая называется бета-спиралью . Эта высокостабильная структура, благодаря многочисленным водородным связям и дисульфидным связям между цепями, является общей характеристикой ферментов, участвующих в разложении пектина. Внутренняя часть бета-спирали гидрофобна .
Рентгеновская кристаллография использовалась для определения трехмерной структуры нескольких PG в разных организмах. Были кристаллизованы грибковые PG из Colletotrichum lupini , Aspergillus aculeatus и Aspergillus niger (PG1 и PG2). ПГ из таких бактерий, как Erwinia carotovora и Bacillus subtilis , также были кристаллизованы.
Активный сайт из Fusarium moniliforme PG включает шесть заряженные аминокислотные остатки: H188, R267 и K269 участвуют в субстрате связывания, D212 (общая кислота) отвечает за протонное пожертвование к glycosydic кислорода и D213 и D191 активирует Н 2 О для нуклеофильной атаки .
Механизм
Полигалактуроназа - это пектиназа : фермент, расщепляющий пектин. PG гидролизуют О-гликозильные связи в полигалактуроновой сети пектина, в результате чего образуются альфа-1,4-полигалактуроновые остатки. Скорость гидролиза зависит от длины цепи полисахарида . Низкие скорости гидролиза связаны с очень короткими цепями (например, дигалактуроновая кислота) и очень длинными цепями.
Экзо- и эндо-полигалактуроназ
Экзо- и эндо-ПГ используют разные гидролитические механизмы действия. Эндо-PG гидролизуются случайным образом по полигалактуроновой сети. Этот метод приводит к олигогалактуронидам. Экзо-PG гидролизуются на невосстанавливающем конце полимера, образуя моносахарид галактуроновую кислоту . Иногда организмы используют оба метода. В дополнение к различным способам действия полиморфизм PG позволяет грибковым PG более эффективно разрушать более широкий спектр растительных тканей. Разнообразие PG с оптимальным pH , субстратной специфичностью и другими факторами, вероятно, полезно для фитопатогенных организмов, таких как грибы .
Актуальность в сельском хозяйстве
Из-за применимости активности этого фермента для сельскохозяйственной продуктивности и коммерческого успеха большая часть исследований PG вращалась вокруг роли PG в процессе созревания плодов, пыльце и опадении .
Пектин является одним из трех полисахаридов, присутствующих в стенке растительной клетки , и он играет роль в поддержании барьера между внутренней и внешней средой и придает прочность стенкам растительных клеток. В частности, пектин в средней ламелле скрепляет соседние клетки.
Созревание фруктов
Первым ГМ-продуктом, доступным в магазинах, был генетически модифицированный помидор (также известный как Flavr Savr ), который имел более длительный срок хранения и идеально подходил для транспортировки. Его задержка созревания была достигнута за счет предотвращения разрушения полигалактуроназой пектина, который делает помидоры твердыми. Антисмысловый ген был введен PG, предотвращая полигалактуроназу от созревания и размягчения помидор. Хотя было показано, что этот метод снижает ферментативную активность PG на 70-90%, антисмысловая РНК PG не препятствует нормальному развитию окраски.
Деполимеризация пектина в значительной степени происходит на более поздних стадиях созревания плодов, особенно когда они перезревают. В то время как помидоры являются ярким примером высокой активности PG, этот фермент также очень активен при созревании авокадо и персика. Ферменты PG в персике, два экзо-PG и один эндо-PG, становятся активными, когда плод уже мягкий. В таких фруктах, как хурма, могут отсутствовать ферменты PG или очень низкий уровень PG, поэтому они еще не обнаружены. В этих случаях другие ферменты могут катализировать процесс созревания.
Цветочная пыльца
Экзо-PG играют роль в обеспечении удлинения пыльцевых трубок, поскольку перестройка пектина необходима для роста пыльцевых трубок . Эта активность PG была обнаружена в травах, таких как кукуруза, а также в деревьях, особенно в восточном тополе . Экзо-PG, участвующие в росте пыльцевых трубок, нуждаются в Ca 2+ для максимальной ферментативной активности и могут подавляться высокими концентрациями NaCl , цитрата и ЭДТА .
Зоны опущения
В значительной степени неясно, играют ли PGs роль в облегчении опадения у некоторых растений, и если да, то действуют ли они экзо- или эндо. Были опубликованы противоречивые исследования, например, о том, участвует ли PG в опадении цитрусовых. Одна из конкретных проблем заключалась в использовании тестов , которые не подходят для измерения активности экзо-PG. Дополнительным осложнением является разница в ферментативной активности PG между зонами разделения клеток плодов и листьев. У персика активность PG была обнаружена только в зонах опадения плодов.
Другой
Сельскохозяйственные вредители, такие как Lygus hesperus, повреждают хлопок и другие культуры, потому что они выделяют со своей слюной PG, которые переваривают ткани растений. Они используют как экзо-, так и эндо-PG.
Торможение
Фитопатогенные грибы подвергают стенки клеток растений воздействию ферментов, разрушающих клеточную стенку (CWDE), таких как PG. В ответ у большинства растений есть естественные белки- ингибиторы, которые замедляют гидролитическую активность PG. Эти ингибиторы также вызывают накопление длинноцепочечных олигогалактуронидов, чтобы стимулировать механизм защиты от атаки. В белки - ингибиторы полигалактуроназа (PGIPs) являются лейцин-богатых повторов белки , которые были зарегистрированы , чтобы продемонстрировать как неконкурентного и конкурентного ингибирования ПГ. Активный центр PG взаимодействует с карманом, содержащим несколько полярных аминокислот в PGIP2 Phaseolus vulgaris . Ингибитор предотвращает связывание субстрата, занимая активный сайт, что приводит к конкурентному ингибированию .
Кристаллические структуры PGIP и PGIP2 были определены для бобов P. vulgaris . Заряженные и полярные остатки, которые взаимодействуют с активным сайтом PG, были идентифицированы у P. vulgaris как D131, S133, T155, D157, T180 и D203. Используя PGIP2 в качестве шаблона, теоретические структуры других PGIP были определены для некоторых других распространенных культур.
