Малатоксидаза
малатоксидаза
Идентификаторы
Номер ЕС1.1.3.3
Номер CAS9028-73-3
Базы данных
ИнтЭнзIntEnz вид
БРЕНДАзапись BRENDA
ExPASyNiceZyme вид
КЕГГзапись KEGG
МетаЦикметаболический путь
ПРИАМпрофиль
Структуры PDBRCSB PDB PDBe PDBsum
Генная онтологияАмиГО / КвикГО
Поиск
ЧВКстатьи
PubMedстатьи
NCBIбелки

В энзимологии малатоксидаза ( КФ 1.1.3.3) — это фермент , катализирующий химическую реакцию

(S)-малат + O 2 оксалоацетат + H 2 O 2 ⇌ {\displaystyle \rightleftharpoons}

Таким образом, двумя субстратами этого фермента являются (S)-малат и O 2 , тогда как двумя его продуктами являются оксалоацетат и H 2 O 2 .

Этот фермент принадлежит к семейству оксидоредуктаз , в частности, тех, которые действуют на группу CH-OH донора с кислородом в качестве акцептора. Систематическое название этого класса ферментов - (S)-малат: кислород оксидоредуктаза . Другие общеупотребительные названия включают FAD-зависимую малат оксидазу , яблочную оксидазу и яблочную дегидрогеназу II . Этот фермент участвует в метаболизме пирувата . Он использует один кофактор , FAD . Фермент обычно локализуется на внутренней поверхности цитоплазматической мембраны, хотя другой член семейства ( малатдегидрогеназа 2 (НАД) ) обнаруживается в митохондриальном матриксе .

Механизмы

Малатоксидаза принадлежит к семейству малатдегидрогеназ (EC 1.1.1.37) (MDH), которые обратимо катализируют окисление малата в оксалоацетат посредством восстановления кофактора. Наиболее распространенные изоферменты малатдегидрогеназы используют NAD+ или NADP+ в качестве кофактора для принятия электронов и протонов. [1]

Восстановление витамина К путем присоединения водорода к хиноновому кольцу и обратной реакции окисления с последующим образованием H 2 O 2 из кислорода

Однако главное отличие малатоксидазы заключается в том, что она обычно использует FAD в качестве окислительно-восстановительного партнера в качестве альтернативы. [2] [3] [4] В отличие от NAD+/NADP+ на основе пиридина , FAD включает в себя хиноновую часть, которая восстанавливается прямой реакцией. Таким образом, FAD превращается в FADH 2 . В этом случае малатоксидаза квалифицируется как малатдегидрогеназа (хинон).

В мутантных штаммах Escherichia coli, лишенных активности НАД-зависимой малатдегидрогеназы, экспрессируется малатоксидаза. Предполагается, что продукты малатдегидрогеназы могут быть ответственны за репрессию малатоксидазы. [5] [6] Это подтвердило бы существование семейства структурно различных малатдегидрогеназ. Малатоксидаза индуцируется только в клетках, в которых полностью отсутствует активность НАД-специфической малатдегидрогеназы. [7] [8]

Облучение цитоплазматических мембран Mycobacterium smegmatis ультрафиолетовым светом ( 360 нм) в течение 10 минут привело к потере активности малатоксидазы примерно на 50%. Добавление витамина K , содержащего функциональное нафтохиноновое кольцо, восстанавливает окислительную активность малатоксидазы. [9] Хинонная функциональность витамина K может, следовательно, выступать в качестве альтернативы для FAD. [10]

Биологическая справка

Однако вместо использования НАД+, НАДФ+ или ФАД в качестве кофакторов малатоксидаза может также переключиться на кислород в качестве окислителя и акцептора протонов. [11]

(S)-малат + O 2 ⇌ оксалоацетат + H 2 O 2

Обратимая реакция (S)-малата в оксалоацетат с кислородом в качестве акцептора протонов ( окислителя ), катализируемая малатоксидазой.

Хотя это и кажется маловероятным из-за его реактивного окислительного характера, перекись водорода обнаруживается в биологических системах, включая организм человека. [12] Она подает сигнал об окислительном стрессе от ран иммунной системе, чтобы задействовать белые кровяные клетки для процесса заживления.

Исследование в Nature предположило, что у больных астмой уровень перекиси водорода в легких выше, чем у здоровых людей, что объясняет, почему у этих пациентов также неадекватный уровень лейкоцитов в легких. [13] [14] У больных астмой могут быть определенные вариации клеточных уровней НАД+/НАДФ+ или ФАД, что заставляет малатоксидазу переключаться на кислород в качестве окислителя из-за его большого количества в легких. Это может быть возможным объяснением повышенного уровня перекиси водорода в легких.

Использует

Топические композиции малатоксидазы в сочетании с подходящими биомаркерами для обнаружения заболеваний и хемилюминесцентным красителем используются в системах обнаружения заболеваний. [12] Биомаркер активирует малатоксидазу для генерации перекиси водорода, которая возбуждает светоизлучающий краситель, который проявляет хемилюминесценцию в присутствии перекиси. Такие современные композиции, таким образом, используются в качестве диагностического инструмента для обнаружения заболеваний.

В аналогичном методе малатоксидаза используется в транскутанном измерении количества субстрата в крови. [15] Метод осуществляется путем контакта кожи с ферментом, реакции субстрата с ферментом и прямого определения количества произведенного H 2 O 2 в качестве меры количества субстрата в крови с использованием электрода перекиси водорода . Дальнейшие дерматологические применения включают в себя лекарства или косметические средства, включающие подходящий субстрат и малатоксидазу в качестве фермента, производящего перекись водорода, для осветления кожи и пигментных пятен или веснушек. [16] [17]

Другие показательные примеры использования, в которых используется способность малатоксидазы вырабатывать перекись водорода в присутствии подходящего субстрата, включая малат, можно найти в зубной пасте для удаления бактериального налета [ 18], чистящих составах для удаления пятен крови и т. п. [19] и в удалении комков жевательной резинки, прилипших к поверхностям путем ферментативного расщепления. [20]

Малатоксидаза также используется для ингибирования коррозии, вызываемой растворенным в воде кислородом, путем его преобразования в перекись водорода, которая впоследствии расщепляется на воду и кислород каталазой . [21]

Ссылки

  1. ^ Маккихан, У. Л.; Маккихан, КА (1982-02-01). «Изменения в НАД(Ф)+-зависимой яблочной ферментной и малатдегидрогеназной активности во время пролиферации фибробластов». Журнал клеточной физиологии . 110 (2): 142–148. doi :10.1002/jcp.1041100206. ISSN  0021-9541. PMID  7068771.
  2. ^ Хебелер, Б. Х.; Морзе, С. А. (1976-10-01). «Физиология и метаболизм патогенных нейссерий: активность цикла трикарбоновых кислот в Neisseria gonorrhoeae». Журнал бактериологии . 128 (1): 192–201. doi :10.1128/JB.128.1.192-201.1976. ISSN  0021-9193. PMC 232843. PMID 824268  . 
  3. ^ Прасада Редди, TL; Сурьянараяна Мурти, П.; Венкитасубраманиан, Т.А. (17 февраля 1975 г.). «Вариации путей окисления и фосфорилирования малата у разных видов микобактерий». Biochimica et Biophysica Acta (BBA) – Биоэнергетика . 376 (2): 210–218. дои : 10.1016/0005-2728(75)90012-2. ISSN  0006-3002. ПМИД  234747.
  4. ^ Кон, Д.В. (1958-08-01). «Ферментативное образование щавелевоуксусной кислоты непиридиннуклеотидной яблочной дегидрогеназой Micrococcus lysodeikticus». Журнал биологической химии . 233 (2): 299–304. ISSN  0021-9258. PMID  13563491.
  5. ^ Narindrasorasak, S.; Goldie, AH; Sanwal, BD (1979-03-10). «Характеристики и регулирование фосфолипид-активируемой малатоксидазы из Escherichia coli». Журнал биологической химии . 254 (5): 1540–1545. ISSN  0021-9258. PMID  368072.
  6. ^ Kollöffel, C. (1970-12-01). «Окислительная и фосфорилирующая активность митохондрий семядолей гороха во время созревания семян». Planta . 91 (4): 321–328. doi :10.1007/BF00387505. ISSN  0032-0935. PMID  24500096.
  7. ^ Голди, АХ; Нариндрасорасак, С.; Санвал, Б.Д. (28 июля 1978 г.). «Необычный тип регуляции синтеза малатоксидазы в Escherichia coli». Связь с биохимическими и биофизическими исследованиями . 83 (2): 421–426. дои : 10.1016/0006-291x(78)91007-0. ISSN  0006-291X. ПМИД  358983.
  8. ^ Санвал, Б.Д. (1969-04-10). «Регуляторные механизмы, включающие никотинамидадениновые нуклеотиды как аллостерические эффекторы. I. Контрольные характеристики малатдегидрогеназы». Журнал биологической химии . 244 (7): 1831–1837. ISSN  0021-9258. PMID  4305466.
  9. ^ Прасада Редди, TL; Сурьянараяна Мурти, П.; Венкитасубраманиан, ТА (1975-09-01). «Дыхательные цепи Mycobacterium smegmatis». Indian Journal of Biochemistry & Biophysics . 12 (3): 255–259. ISSN  0301-1208. PMID  1221028.
  10. ^ Бензиман, М., Перес, Л. (1965). «Участие витамина К в окислении малата Acetobacter xylinum». Biochemical and Biophysical Research Communications , 19(1), 127-32.
  11. ^ Заявка EP 0118750, Хопкинс, Томас Р. «Регенерация кофактора НАД(Ф)», опубликована 19 сентября 1984 г., передана компании Phillips Petroleum Co.
  12. ^ ab заявка США 2013/0022685 A1, Образец, Дженнифер Л. и др. «Местные композиции и методы обнаружения и лечения», опубликовано 24.01.2013, передано Университету Джонса Хопкинса.
  13. ^ «Натуральный отбеливатель — ключ к исцелению». BBC News. 6 июня 2009 г. Получено 8 марта 2017 г.
  14. ^ Niethammer, Philipp; Grabher, Clemens; Look, A. Thomas; Mitchison, Timothy J. (2009-06-18). «Тканевый градиент перекиси водорода опосредует быстрое обнаружение ран у данио-рерио». Nature . 459 (7249): 996–999. doi :10.1038/nature08119. ISSN  1476-4687. PMC 2803098 . PMID  19494811. 
  15. ↑ Патент США 4,458,686, Кларк, Леланд С. «Кожные методы измерения веществ тела», выдан 10 июля 1984 г., передан Медицинскому центру Детской больницы.
  16. ^ Заявка DE 10 2009 045 798 A1, Янсен, Франк и др. «Enzymatische Hautaufhellung», опубликовано 5 августа 2010 г., передано Henkel Ag & Co. KGaA.
  17. ^ Заявка в Японию H07165553, Дегучи, Тетсуя и др., «Средство для профилактики и лечения заболеваний, вызванных меламином», опубликованная 27 июня 1995 г., переданная Kobe Steel Ltd.
  18. ^ Патент Великобритании 1 309 282, «Ферментные средства для чистки зубов», опубликован 07.03.1973, передан Telec SA
  19. ^ Заявка США 2008/0051310 A1, Де Доминичис, Маттиа и др. «Ферменты как активные генераторы кислорода в чистящих составах», опубликовано 28.02.2008, передано Reckitt Benckiser NV
  20. ^ Заявка США 2009/0203564 A1, Витторфф, Хелле и др. «Способ очистки поверхности, на которой закреплен хотя бы один кусочек жевательной резинки», опубликовано 13 августа 2009 г.
  21. ^ Заявка США 2008/0020439 A1, Де Доминичис, Маттиа и др. «Ферменты как ингибиторы коррозии путем удаления кислорода, растворенного в воде», опубликовано 24.01.2008, передано Reckitt Benckiser NV
  • COHN DV (1958). «Ферментативное образование щавелевоуксусной кислоты непиридиннуклеотидной яблочной дегидрогеназой Micrococcus lysodeikticus». J. Biol. Chem . 233 (2): 299–304. PMID  13563491.
  • Narindrasorasak S, Goldie AH, Sanwal BD (1979). «Характеристики и регуляция фосфолипид-активируемой малатоксидазы из Escherichia coli». J. Biol. Chem . 254 (5): 1540–5. PMID  368072.
Взято с "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Малат_оксидаза&oldid=1172352657"