En enzimología , las nitrilo hidratasas (NHasas; EC 4.2.1.84 ) son enzimas mononucleares de hierro o cobalto no corrinoides que catalizan la hidratación de diversos nitrilos a sus correspondientes amidas.
nitrilo hidratasa | ||||||||
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Identificadores | ||||||||
CE no. | 4.2.1.84 | |||||||
No CAS. | 82391-37-5 | |||||||
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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RC≡N + H 2 O → RC (O) NH 2
Cofactor de metal
En bioquímica, el cobalto se encuentra en general en un anillo de corrina , como en la vitamina B 12 . La nitrilo hidratasa es uno de los raros tipos de enzimas que usan cobalto de una manera no corrinoide. El mecanismo por el cual el cobalto se transporta a la NHasa sin causar toxicidad no está claro, aunque se ha identificado una permeasa de cobalto , que transporta el cobalto a través de la membrana celular. La identidad del metal en el sitio activo de una nitrilo hidratasa puede predecirse mediante el análisis de los datos de secuencia de la subunidad alfa en la región donde se une el metal. La presencia de la secuencia de aminoácidos VCTLC indica una NHasa Co-centrada y la presencia de VCSLC indica NHasa centrada en Fe.
Camino metabólico
La nitrilo hidratasa y la amidasa son dos enzimas hidratantes e hidrolíticas responsables del metabolismo secuencial de los nitrilos en las bacterias que son capaces de utilizar los nitrilos como su única fuente de nitrógeno y carbono y, en conjunto, actúan como una alternativa a la actividad de la nitrilasa , que realiza la hidrólisis del nitrilo sin formación de una amida primaria intermedia. Se sugirió que una secuencia en el genoma del coanoflagelado Monosiga brevicollis codificaba una nitrilo hidratasa. [1] El gen de M. brevicollis constaba de las subunidades alfa y beta fusionadas en un solo gen. Desde entonces se han identificado genes de nitrilo hidratasa similares que consisten en una fusión de las subunidades beta y alfa en varios supergrupos eucariotas, lo que sugiere que tales nitrilo hidratasas estaban presentes en el último ancestro común de todos los eucariotas . [2]
Aplicaciones industriales
Las NHasas se han utilizado eficazmente para la producción industrial de acrilamida a partir de acrilonitrilo [3] en una escala de 600 000 toneladas por año [4] y para la eliminación de nitrilos de las aguas residuales. Las NHasas fotosensibles poseen intrínsecamente óxido nítrico (NO) unido al centro del hierro y su fotodisociación activa la enzima. La nicotinamida se produce industrialmente [3] mediante la hidrólisis de 3-cianopiridina catalizada por la nitrilo hidratasa de Rhodococcus rhodochrous J1, [5] [6] produciendo 3500 toneladas anuales de nicotinamida para su uso en la alimentación animal. [4]
Estructura
Las NHasas se componen de dos tipos de subunidades, α y β, que no están relacionadas en la secuencia de aminoácidos. Las NHasas existen como dímeros αβ o tetrámeros α 2 β 2 y se unen a un átomo de metal por unidad αβ. Se han determinado las estructuras tridimensionales de varias NHasas. La subunidad α consiste en un "brazo" N-terminal extendido largo, que contiene dos α-hélices, y un dominio C-terminal con una estructura inusual de cuatro capas (α-β-β-α). La subunidad β consta de un bucle N-terminal largo que envuelve la subunidad α, un dominio helicoidal que se empaqueta con el dominio N-terminal de la subunidad α y un dominio C-terminal que consta de un rollo β y una hélice corta.
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Montaje
Se propuso por primera vez una ruta de ensamblaje para la nitrilo hidratasa cuando los experimentos de filtración en gel encontraron que el complejo existe tanto en formas αβ como α2β2. [8] Los experimentos in vitro que utilizaron espectrometría de masas revelaron además que las subunidades α y β se ensamblan primero para formar el dímero αβ. Los dímeros pueden interactuar posteriormente para formar un tetrámero. [9]
Mecanismo
El centro de metal está ubicado en la cavidad central en la interfaz entre dos subunidades. Todos los ligandos proteicos del átomo metálico son proporcionados por la subunidad α. Los ligandos proteicos del hierro son las cadenas laterales de los tres residuos de cisteína (Cys) y los dos nitrógenos amídicos de la cadena principal. El ion metálico está coordinado octaédricamente, con los ligandos proteicos en los cinco vértices de un octaedro. La sexta posición, accesible a la hendidura del sitio activo, está ocupada por NO o por un ligando intercambiable con disolvente (hidróxido o agua). Los dos Cys residuos coordinados al metal son post-traduccionalmente modificados para Cys- sulfínico (-SO Cys 2 H) y - sulfénico (Cys-SOH) ácidos.
Los estudios de química cuántica predijeron que el residuo Cys-SOH podría desempeñar un papel como base (activando una molécula de agua nucleófila) [10] o como nucleófilo. [11] Posteriormente, el papel funcional del centro SOH como nucleófilo ha obtenido apoyo experimental. [12]
Referencias
- ^ Foerstner KU, Doerks T, Muller J, Raes J, Bork P (2008). Hannenhalli S (ed.). "Una nitrilo hidratasa en el eucariota Monosiga brevicollis" . PLOS ONE . 3 (12): e3976. Código Bibliográfico : 2008PLoSO ... 3.3976F . doi : 10.1371 / journal.pone.0003976 . PMC 2603476 . PMID 19096720 .
- ^ Marron AO, Akam M, Walker G (2012). Stiller J (ed.). "Los genes de nitrilo hidratasa están presentes en múltiples supergrupos eucariotas" . PLOS ONE . 7 (4): e32867. Código bibliográfico : 2012PLoSO ... 732867M . doi : 10.1371 / journal.pone.0032867 . PMC 3323583 . PMID 22505998 .
- ^ a b Schmidberger, JW; Hepworth, LJ; Green, AP; Flitsch, SL (2015). "Síntesis enzimática de amidas" . En Faber, Kurt; Fessner, Wolf-Dieter; Turner, Nicholas J. (eds.). Biocatálisis en síntesis orgánica 1 . Ciencia de síntesis. Georg Thieme Verlag . págs. 329–372. ISBN 9783131766113.
- ^ a b Asano, Y. (2015). "Hidrólisis de nitrilos a amidas" . En Faber, Kurt; Fessner, Wolf-Dieter; Turner, Nicholas J. (eds.). Biocatálisis en síntesis orgánica 1 . Ciencia de síntesis. Georg Thieme Verlag . págs. 255–276. ISBN 9783131766113.
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- ^ Salette, M; Wu R, Sanishvili R, Liu D, Holz RC (2014). "El ligando de ácido sulfénico de sitio activo en nitrilo hidratasas puede funcionar como un nucleófilo" . JACS . 136 (4): 1186-1189. doi : 10.1021 / ja410462j . PMC 3968781 . PMID 24383915 .CS1 maint: varios nombres: lista de autores ( enlace )
Otras lecturas
- Prasad, S; Bhalla, TC (mayo de 2010). "Nitrilo hidratasas (NHasas): en la interfaz de la academia y la industria". Avances en biotecnología . 28 (6): 725–41. doi : 10.1016 / j.biotechadv.2010.05.020 . PMID 20685247 .
- Rzeznicka, K; Schätzle, S; Böttcher, D; Klein, J; Bornscheuer, UT (agosto de 2009). "Clonación y expresión funcional de una nitrilo hidratasa (NHasa) de Rhodococcus equi TG328-2 en Escherichia coli, su purificación y caracterización bioquímica". Appl Microbiol Biotechnol . 85 (5): 1417–25. doi : 10.1007 / s00253-009-2153-y . PMID 19662400 . S2CID 39075717 .
- Song, L; Wang, M; Yang, X; Qian, S (junio de 2007). "Purificación y caracterización de la nitrilo hidratasa enantioselectiva de Rhodococcus sp. AJ270". Biotechnol J . 2 (6): 717–24. doi : 10.1002 / biot.200600215 . PMID 17330219 . S2CID 26881034 .
- Miyanaga, A; Fushinobu, S; Está bien; Shoun, H; Wakagi, T (enero de 2004). "Análisis mutacional y estructural de nitrilo hidratasa que contiene cobalto sobre sustrato y unión de metales". Eur J Biochem . 271 (2): 429–38. doi : 10.1046 / j.1432-1033.2003.03943.x . PMID 14717710 .
- Hann, EC; Eisenberg, A; Fager, SK; Perkins, NE; Gallagher, FG; Cooper, SM; Gavagan, JE; Stieglitz, B; Hennessey, SM; DiCosimo, R (octubre de 1999). "Producción de 5-cianovaleramida usando Pseudomonas chlororaphis B23 inmovilizada". Bioorg Med Chem . 7 (10): 2239–45. doi : 10.1016 / S0968-0896 (99) 00157-1 . PMID 10579532 .