Полигалактуроназа

полигалактуроназа (EC 3.2.1.15 ), также известная как пектиндеполимераза, PG, пектолаза, пектингидролаза, а поли-альфа-1,4-галактуронидгликангидролаза представляет собой фермент, который гидролизует альфа-1,4 гликозидные связи между галактуроновой кислотой остатков. Полигалактуронан, основным компонентом которого является галактуроновая кислота, является важным углеводным компонентом сети пектина, которая включает стенки растительных клеток. Следовательно, активность эндогенных PG растений действует на смягчение и подслащивание фруктов 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.

Содержание

1 Структура
2 Механизм
3 Сельскохозяйственная значимость
4 Ингибирование
5 Ссылки
6 Внешние ссылки

Структура

Множественные параллели этого фермента бета-листы 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.

Изображение полигалактуроназы из Fusarium moniliforme (1HG8), показывающее активный центр в пурпурном цвете

Рентгеновская кристаллография была использована для определения трехмерная структура нескольких PG у разных организмов. Кристаллизованы грибковые PG из Colletotrichum lupini, Aspergillus aculeatus и Aspergillus niger (PG1 и PG2). PG из таких бактерий, как Erwinia carotovora и Bacillus subtilis, также были кристаллизованы.

активный сайт Fusarium moniliforme PG содержит шесть заряженных аминокислотных остатков: H188, R267 и K269 участвуют в связывание субстрата, D212 (обычная кислота) отвечает за донорство протонов гликозидному кислороду, а D213 и D191 активируют H 2 O для нуклеофильной атаки.

Механизм

Полигалактуроназа - это пектиназа : фермент, разрушающий 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, дигалактуроновой кислоты) и очень длинными цепями.

Механизм полигалактуроназы: гидролиз полигалактуронана.

Экзо- и эндо-полигалактуроназы

Экзо- и эндо-ПГ использовать различные гидролитические способы действия. Эндо-PG гидролизуются случайным образом по полигалактуроновой сети. Этот метод приводит к олигогалактуронидам. Экзо-PG гидролизуются на невосстанавливающем конце полимера с образованием моносахарида галактуроновой кислоты. Иногда организмы используют оба метода. В дополнение к различным механизмам 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, полезны для фитопатогенных организмов, таких как грибы.

Сельскохозяйственная значимость

Из-за применимости активности этого фермента в сельском хозяйстве продуктивность и коммерческий успех, большая часть исследований PG вращалась вокруг роли PG в процессе созревания плодов, пыльцы и опадения.

Пектин является одним из трех полисахаридов присутствует в клеточной стенке растений, и он играет роль в поддержании барьера между внутренней и внешней средой и придает прочность стенкам растительных клеток. В частности, пектин в средней ламелле удерживает соседние клетки вместе.

Созревание плодов

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. Был введен антисмысловой ген PG, предотвращающий созревание полигалактуроназы и смягчающий помидоры. 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 участвует на более поздних стадиях созревания плодов, особенно когда они перезревают. Хотя 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.

Пыльца

Exo-PG играют роль в обеспечении удлинения пыльцевых трубок, поскольку перестройка пектина необходима для роста пыльцевых трубок. Эта активность PG была обнаружена в злаках, таких как кукуруза, а также в деревьях, особенно в восточном тополе. Экзо-PG, участвующие в росте пыльцевых трубок, нуждаются в Ca для максимальной ферментативной активности и могут подавляться высокими концентрациями NaCl, цитрата и EDTA.

Зоны абсорбции

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. Одной из конкретных проблем было использование анализов, 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.

Другие

сельскохозяйственные вредители, такие как Lygus hesperus, повреждают хлопок и другие культуры, потому что они выделяют PG в своей слюне, которые переваривают ткани растений. В них используются как экзо-, так и эндо-PG.

Ингибирование

Белок-ингибитор полигалактуроназы, обнаруженный в Phaseolus vulgaris (1OGQ). Синим цветом выделены остатки, которые взаимодействуют с активным центром PG.

Фитопатогенные грибы подвергают стенки клеток растений воздействию ферментов, разрушающих клеточную стенку (CWDE), таких как PG. В ответ большинство растений имеют природные ингибиторы белки, которые замедляют гидролитическую активность PG. Эти ингибиторы также вызывают накопление длинноцепочечных олигогалактуронидов, чтобы стимулировать механизм защиты от атаки. Белки-ингибиторы полигалактуроназы (PGIP) представляют собой белки с богатыми лейцином повторами, которые, как сообщалось, демонстрируют как неконкурентное, так и конкурентное ингибирование PG. Активный сайт PG взаимодействует с карманом, содержащим несколько полярных аминокислот в Phaseolus vulgaris PGIP2. 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.