La glicerol deshidrogenasa ( EC 1.1.1.6 , también conocida como glicerol deshidrogenasa ligada a NAD + , glicerol: NAD + 2-oxidorreductasa, GDH, GlDH, GlyDH) es una enzima de la familia de las oxidorreductasa que utiliza el NAD + para catalizar la oxidación del glicerol. para formar glicerona ( dihidroxiacetona ). [1] [2]
glicerol deshidrogenasa | ||||||||
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Identificadores | ||||||||
CE no. | 1.1.1.6 | |||||||
No CAS. | 9028-14-2 | |||||||
Bases de datos | ||||||||
IntEnz | Vista IntEnz | |||||||
BRENDA | Entrada BRENDA | |||||||
FÁCIL | NiceZyme vista | |||||||
KEGG | Entrada KEGG | |||||||
MetaCyc | camino metabólico | |||||||
PRIAM | perfil | |||||||
Estructuras PDB | RCSB PDB PDBe PDBsum | |||||||
Ontología de genes | AmiGO / QuickGO | |||||||
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Esta enzima es una oxidorreductasa, específicamente una alcohol deshidrogenasa dependiente de metales que desempeña un papel en el metabolismo anaeróbico del glicerol y se ha aislado de varias bacterias , incluidas Enterobacter aerogenes, [3] Klebsiella aerogenes, [4] Streptococcus faecalis, [5] Erwinia aeroidea, [6] Bacillus megaterium, [7] y Bacillus stearothermophilus. Sin embargo, la mayoría de los estudios de glicerol deshidrogenasa se han realizado en Bacillus stearothermophilus , (B. stearothermophilus) debido a su termoestabilidad y la siguiente información estructural y funcional, por lo tanto, se referirá principalmente a la caracterización de la enzima en esta bacteria. [8]
Estructura
La glicerol deshidrogenasa es un homooctamero compuesto por ocho subunidades monoméricas idénticas compuestas por una sola cadena polipeptídica de 370 aminoácidos (peso molecular 42.000 Da). Cada subunidad contiene 9 hojas beta y 14 hélices alfa dentro de dos dominios distintos (N-terminal, residuos 1-162 y C-terminal, residuos 163-370). La hendidura profunda formada entre estos dos dominios sirve como sitio activo de la enzima. Este sitio activo consta de un ión metálico unido, un sitio de unión al anillo de nicotinamida NAD + y un sitio de unión al sustrato .
La investigación sobre la estructura de B. stearothermophilus muestra que el sitio activo contiene un catión divalente: ion zinc , Zn 2+ . Este ión de zinc forma interacciones dipolo tetraédricas entre los residuos de aminoácidos Asp173, His256 e His274, así como una molécula de agua.
El sitio de unión de NAD + , que se asemeja al pliegue de Rossmann dentro del dominio N-terminal, se extiende desde la superficie de la enzima hasta la hendidura que contiene el sitio activo. El anillo de nicotinamida (la región activa de NAD + ) se une en un bolsillo de la hendidura que consta de los residuos Asp100, Asp123, Ala124, Ser127, Leu129, Val131, Asp173, His174 y Phe247.
Finalmente, el sitio de unión del sustrato consiste en los residuos Asp123, His256, His274 y una molécula de agua. [9]
Función
Codificado por el gen gldA, la enzima glicerol deshidrogenasa, GlyDH cataliza la oxidación del glicerol a glicerona. A diferencia de las vías más comunes que utilizan glicerol, GlyDH oxida eficazmente el glicerol en vías metabólicas anaeróbicas en condiciones independientes de ATP (un mecanismo útil en la descomposición del glicerol en bacterias). Además, GlyDH oxida selectivamente el grupo hidroxilo C2 para formar una cetona en lugar de un grupo hidroxilo terminal para formar un aldehído. [10]
Mecanismo
Si bien aún no se ha caracterizado el mecanismo preciso de esta enzima específica, los estudios cinéticos apoyan que la catálisis de la reacción química por GlyDH
- glicerol + NAD +glicerona + NADH + H +
es comparable a las de otras alcohol deshidrogenasas. Por lo tanto, el siguiente mecanismo ofrece una representación razonable de la oxidación del glicerol por NAD + .
Después de que NAD + se une a la enzima, el sustrato de glicerol se une al sitio activo de tal manera que tiene dos interacciones coordinadas entre dos grupos hidroxilo adyacentes y el ión zinc vecino. GlyDH luego cataliza la desprotonación asistida por bases del grupo hidroxilo C2, formando un alcóxido. El átomo de zinc sirve además para estabilizar la carga negativa en el intermedio alcóxido antes de que el exceso de densidad electrónica alrededor del átomo de oxígeno cargado se desplace para formar un doble enlace con el átomo de carbono C2. Posteriormente, el hidruro se elimina del carbono secundario y actúa como nucleófilo en la transferencia de electrones al anillo de nicotinamida NAD + . Como resultado, el H + eliminado por la base se libera como un protón en la solución circundante; seguido de la liberación del producto glicerona, luego NADH por GlyDH. [11]
Implicaciones industriales
Como resultado del aumento de la producción de biodiésel, también ha aumentado la formación del subproducto, glicerol crudo. Si bien el glicerol se usa comúnmente en alimentos, productos farmacéuticos, cosméticos y otras industrias, el aumento de la producción de glicerol crudo se ha vuelto muy costoso de purificar y utilizar en estas industrias. Debido a esto, los investigadores están interesados en encontrar nuevas formas económicas de utilizar productos de glicerol de bajo grado. La biotecnología es una de esas técnicas: el uso de enzimas particulares para descomponer el glicerol crudo para formar productos como 1,3-propanodiol, 1,2-propanodiol, ácido succínico, dihidroxiacetona (glicerona), hidrógeno, poligliceroles y poliésteres. Como catalizador para la conversión de glicerol en glicerona, la glicerol deshidrogenasa es una de esas enzimas que se está investigando para este propósito industrial. [12]
En el cuadro de información se puede encontrar una lista completa de estructuras resueltas y depositadas en el PDB para esta clase de enzima.
Ver también
- Glicerol deshidrogenasa (NADP + )
- Glicerol deshidrogenasa (aceptor)
Referencias
- Notas
- ^ Mallinder, Phillip R .; Pritchard, Andrew; Moir, Anne (1992). "Clonación y caracterización de un gen de Bacillus stearothermophilus var. Non-diastaticus que codifica una glicerol deshidrogenasa". Gene . 110 (1): 9–16. doi : 10.1016 / 0378-1119 (92) 90438-U . ISSN 0378-1119 . PMID 1339360 .
- ^ Marshall, JH; May, JW; Sloan, J. (1985). "Purificación y propiedades del glicerol: NAD + 2-oxidorreductasa (glicerol deshidrogenasa) de Schizosaccharomyces pombe" . Microbiología . 131 (7): 1581-1588. doi : 10.1099 / 00221287-131-7-1581 . ISSN 1350-0872 .
- ^ Burton, Robert Main; Kaplan, Nathan O. (1953). "Una glicerol deshidrogenasa específica de DPN de Aerobacter Aerogenes1". Revista de la Sociedad Química Estadounidense . 75 (4): 1005–1006. doi : 10.1021 / ja01100a520 . ISSN 0002-7863 .
- ^ Lin ECC; Magasanik B (1960). "La activación de la glicerol deshidrogenasa de Aerobacter aerogenes por cationes monovalentes". J. Biol. Chem . 235 : 1820–1823. PMID 14417009 .
- ^ Jacobs, Nueva Jersey; VanDemark PJ. (Abril de 1960). "Comparación del mecanismo de oxidación del glicerol en Streptococcus faecalis cultivado aeróbicamente y anaeróbicamente" . Revista de bacteriología . 79 (4): 532–538. doi : 10.1128 / JB.79.4.532-538.1960 . PMC 278726 . PMID 14406375 .
- ^ Sugiura, Mamoru; Oikawa, Tsutomu; Hirano, Kazuyuki; Shimizu, Hiroshi; Hirata, Fumio (1978). "Purificación y algunas propiedades de la glicerol deshidrogenasa de Erwinia aroideae" . Boletín químico y farmacéutico . 26 (3): 716–721. doi : 10.1248 / cpb.26.716 . ISSN 0009-2363 . PMID 647848 .
- ^ SCHARSCHMIDT, Margrit; PFLEIDERER, Gerhard; METZ, Harald; BRÜMMER, Wolfgang (1983). "Isolierung und Charakterisierung von Glycerin-Dehydrogenase ausBacillus megaterium". Zeitschrift für fisiologische Chemie de Hoppe-Seyler . 364 (2): 911–922. doi : 10.1515 / bchm2.1983.364.2.911 . ISSN 0018-4888 .
- ^ Spencer, P .; Bown, KJ; Scawen, MD; Atkinson, T .; Gore, MG (1989). "Aislamiento y caracterización de la glicerol deshidrogenasa de Bacillus stearothermophilus". Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Estructura de proteínas y enzimología molecular . 994 (3): 270-279. doi : 10.1016 / 0167-4838 (89) 90304-X . ISSN 0167-4838 . PMID 2493267 .
- ^ Ruzheinikov, Sergey N .; Burke, Jacky; Sedelnikova, Sveta; Baker, Patrick J .; Taylor, Robert; Bullough, por A .; Muir, Nicola M .; Gore, Michael G .; Rice, David W. (2001). "Glicerol deshidrogenasa" (PDF) . Estructura . 9 (9): 789–802. doi : 10.1016 / S0969-2126 (01) 00645-1 . ISSN 0969-2126 . PMID 11566129 .
- ^ Leichus, Betty N .; Blanchard, John S. (1994). "Análisis isotópico de la reacción catalizada por glicerol deshidrogenasa". Bioquímica . 33 (48): 14642-14649. doi : 10.1021 / bi00252a033 . ISSN 0006-2960 . PMID 7981227 .
- ^ Hammes-Schiffer, Sharon; Benkovic, Stephen J. (2006). "Relacionar el movimiento de las proteínas con la catálisis". Revisión anual de bioquímica . 75 (1): 519–541. doi : 10.1146 / annurev.biochem.75.103004.142800 . ISSN 0066-4154 . PMID 16756501 .
- ^ Pachauri, Naresh; Él, Brian. (Julio de 2006). "Utilización de valor agregado de glicerol crudo de la producción de biodiesel: una encuesta de las actividades de investigación actuales" (PDF) . Sociedad Estadounidense de Ingenieros Agrícolas y Biológicos .
- Bibliografía
- Asnis RE, Brodie AF (1953). "Una glicerol deshidrogenasa de Escherichia coli ". J. Biol. Chem . 203 (1): 153–9. PMID 13069498 .
- Burton RM; Kaplan NO (1953). "Una glicerol deshidrogenasa específica de DPN de Aerobacter aerogenes ". Mermelada. Chem. Soc . 75 (4): 1005–1007. doi : 10.1021 / ja01100a520 .
- Lin ECC; Magasanik B (1960). "La activación de la glicerol deshidrogenasa de Aerobacter aerogenes por cationes monovalentes". J. Biol. Chem . 235 : 1820–1823. PMID 14417009 .