Squalen-hopen-cyclase

Squalen-hopen-cyclase Beskrivelse af dette billede, kommenteres også nedenfor Struktur af en squalenecyclase hopène af Alicyclobacillus acidocaldarius  (en) ( FBF  2SQC ). Den membran overflade er angivet med en blå linie. Nøgledata
EF-nr. EF 5.4.99.17
CAS-nummer 76600-69-6
Enzymaktivitet
IUBMB IUBMB-post
IntEnz IntEnz-visning
BRENDA BRENDA indgang
KEGG KEGG-indgang
MetaCyc Metabolisk vej
PRIAM Profil
FBF Strukturer

En qualène-hopène cyclase , eller CHS , er en isomerase , der katalyserer den reaktion  :

squalen  hop-22 (29) -ene  ;  squalen + H 2 O    hopan-22-ol .

Dette enzym er til stede i prokaryoter , hvor det spiller en vigtig rolle for at sikre interomdannelse af en squalen molekyle , lineært , i hopene og hopanol , pentacyclic triterpener , i et 5: 1-forhold. Det findes i mange bakterier, men det er blandt de termofile bakterier Alicyclobacillus acidocaldarius (fr), der er let at isolere.  

De hopanoids spiller i bakterier en lignende fysiologisk rolle til steroler i eukaryoter ved modulering af fluiditet og permeabilitet af biologiske membraner . I prokaryoter stabiliserer de membraner i nærvær af høj temperatur og ekstrem surhed på grund af deres stive polycykliske struktur. Således aktiveres ekspressionen af ​​squalen-hopen-cyclase i visse bakterier placeret i et varmt eller surt miljø.

Squalen-hopen-cyclase menes at forårsage mange klasser af eukaryote og prokaryote sterolcyclaser. Den oxydosqualene cyclase , analoger af dette enzym i eukaryoter med behov for ilt for deres reaktioner, hvilket indikerer en yderligere udvikling af disse proteiner, der går tilbage til en tid, hvor atmosfæren indeholdt oxygen; det faktum, at squalen-hopen-cyclase fungerer i et anoxisk miljø, antyder at den er meget ældre.

Drift og aktivt sted

Dannelsen af Hopene- skeletet er en af ​​de mest komplekse elementære reaktioner i biokemi . 13  kovalente bindinger brydes eller dannes i et enkelt trin, der dannes 9  chirale centre , og fem ringe lukkes. Qualen-hopen-cyclase katalyserer faktisk omdannelsen af ​​en åben- kædeforbindelse , squalen , til pentacykliske triterpener , hopen og hopanol , idet disse to produkter henholdsvis dannes med et forhold på 5: 1.

Hopene-biosyntese begynder med cyklisering af squalen til en formandskonfiguration, der fortsætter med dannelsen af ​​fem kulstof-kulstofbindinger . Dannelsen af cyklusser er afsluttet med fjernelsen af en proton fra grupperne methyl AUI-terminaler alternative på squalen med en molekyle af vand . Dette vandmolekyle bestemmer også reaktionsproduktets beskaffenhed afhængigt af, om det modtager en proton fra methylgruppen i position 29 eller 30 til dannelse af hopen, eller om det giver op til en hydroxylgruppe ved C-22-positionen i cyklus A. Andre vandmolekyler griber ind ved at accentuere polarisationen og ved at danne hydrogenbindinger mellem syv rester af aminosyrer af enzymet: rester Thr41 , Glu45 , Glu93 , Arg127 , Gln262 , Trp133 og Tyr267 .

Der er meget få konformationsændringer under dannelsen af ​​ringene A til D. Dette er grunden til, at denne reaktion ikke kræver mellemprodukter og kan udføres i et trin. Dannelsen af ​​E-ringen er imidlertid blokeret af en entropibarriere , hvilket kan forklare, hvorfor den ikke er til stede fra tetracykliske steroider.

Det aktive sted for squalen-hopen-cyclase er placeret i et centralt hulrum i regionen ved siden af membranen , et hulrum, hvortil substratet får adgang via en apolar kanal . Det aktive sted er omgivet af aromatiske rester, der danner et velegnet hulrum til squalenmolekylet foldet til en funktionel konformation. Reaktionsmekanismen involverer et par aspartat- og histidinrester til at initiere cyklisering ved at protonere C-3 og deprotonere C-29, hvilket får en række mellemliggende karbocationer til at forekomme . En mutation i denne aspartatrest kan inaktivere enzymet.

Noter og referencer

  1. (in) KU Wendt, A. Lenhart og GE Schulz , "  Strukturen af ​​membranproteinet squalencyclase-hopen ved en opløsning på 2,0 A.  ” , Journal of Molecular Biology , bind.  286, nr .  1, 12. februar 1999, s.  175-187 ( PMID  9931258 , DOI  10.1006 / jmbi.1998.2470 , læs online )
  2. (da) Tsutomu Hoshino og Tsutomu Sato , "  Squalen - hopen cyclase: katalytisk mekanisme og substratgenkendelse  " , kemisk kommunikation , nr .  4, 21. februar 2002, s.  291-301 ( PMID  12120044 , DOI  10.1039 / B108995c , læs online )
  3. (in) Tsutomu Hoshino, Shin-ichi Nakano, Tomohiro Kondo, Tsutomu Sato og Aya Miyoshi , "  Squalene cyclase-hopene: Endelig deprotoneringsreaktion, konformationsanalyse til cyklisering af (3R, S) -2,3-oxidosqualen og yderligere Topbevis for kravet om en isopropyliden-del både til initiering af polycycliseringskaskaden og til dannelsen af ​​den 5-leddede E-ring  ” , Organic & Biomolecular Chemistry , vol.  2, nr .  10, 26. april 2004, s.  1456-1470 ( PMID  15136801 , DOI  10.1039 / B401172d , læs online )
  4. (in) Tsutomu Sato, Masanori Kouda og Tsutomu Hoshino , "  Stedsstyret mutageneseeksperimenter på deprotonering Formodet sted for Squalen-hopen-cyclase fra Alicyclobacillus acidocaldarius  " , Bioscience, Biotechnology, and Biochemistry , bind.  68, nr .  3, Marts 2004, s.  728-738 ( PMID  15056909 , DOI  10.1271 / bbb.68.728 , læs online )
  5. (en) Dirk J. Reinert, Gianni Balliano og Georg E. Schulz , "  Conversion of Squalene to the Pentacarbocyclic Hopene  " , Chemistry & Biology , bind.  11, nr .  1, januar 2004, s.  121-126 ( PMID  15113001 , DOI  10.1016 / j.chembiol.2003.12.013 )
  6. (da) Ann Pearson, Meytal Budin og Jochen J. Brocks , "  Fylogenetisk og biokemisk bevis for sterolsyntese i bakterien Gemmata obscuriglobus  " , Proceedings of the National Academy of Sciences i Amerikas Forenede Stater , bind.  100, nr .  26, 23. december 2003, s.  15352-15357 ( PMID  14660793 , PMCID  307571 , DOI  10.1073 / pnas.2536559100 , læs online )
  7. (in) Brigitte og Karl Poralla Seckler , "  Karakterisering og delvis oprensning af squalenecyclase-hopen fra Bacillus acidocaldarius  " , Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - General Subjects , Vol.  881, nr .  3, 2. maj 1986, s.  356-363 ( DOI  10.1016 / 0304-4165 (86) 90027-9 , læs online )
  8. (i) Elmar Kannenberg L. og Karl Poralla , "  Hopanoid biosyntese og funktion Bacteria  " , Naturwissenschaften , vol.  86, nr .  4, 1999, s.  168-176 ( DOI  10.1007 / s001140050592 , Bibcode  1999NW ..... 86..168K , læs online )
  9. (i) G. Ourisson Mr. Rohmer og K. Poralla , "  Prokaryotisk Hopanoids og andre Polyterpenoid sterol surrogater  " , Annual anmeldelser , vol.  41, 1987, s.  301-333 ( PMID  3120639 , DOI  10.1146 / annurev.mi.41.100187.001505 , læs online )
  10. (i) Hermann Sahm, Michel Rohmer, Stephanie Bringer-Meyer, Georg A. Sprenger og Roland Welle , "  biokemi og fysiologi af Hopanoids i Bacteria  " , i Advances Microbial Physiology , vol.  35, 1993, s.  247-273 ( PMID  8310881 , DOI  10.1016 / S0065-2911 (08) 60100-9 , læs online )
  11. (i) M Rohmer, P og G Bouvier Ourisson , "  Molecular Evolution of biomembraner: strukturelle og fylogenetisk ækvivalent af steroler Juventa  " , Proceedings of National Academy of Sciences i USA , vol.  76, nr .  2 Februar 1979, s.  847-851 ( PMID  284408 , PMCID  383070 , DOI  10.1073 / pnas.76.2.847 , læs online )
  12. (i) Gabriele og Dieter Jendrossek Bremen , "  Squalen-Hopene Cyclase  " , Applied and Environmental Microbiology , Vol.  77, nr .  12, juni 2011, s.  3905-3915 ( PMID  21531832 , PMCID  3131620 , DOI  10.1128 / AEM.00300-11 , læs online )
  13. (i) EJ Corey, Matsuda og SP B. Bartel , "  Isolering af et Arabidopsis thaliana-gen, der koder for cycloartenolsyntase ved funktionel ekspression i en gærmutant, der mangler lanosterolsyntase ved anvendelse af en kromatografisk skærm  " , Proceedings of the National Academy of Sciences af Amerikas Forenede Stater , vol.  90, nr .  24, 15. december 1993, s.  11628-11632 ( PMID  7505443 , PMCID  48037 , DOI  10.1073 / pnas.90.24.11628 , læs online )
  14. (i) Yi Feng Zheng, Ikuro Abe og Glenn D. Prestwich , "  Inhibition Kinetics og Affinity Mærkning af bakteriel Squalen: Hopene cyclase af Thia-substituerede analoger af 2,3-oxidosqualen  " , Biochemistry , vol.  37, nr .  17, 28. april 1998, s.  5981-5987 ( PMID  9558334 , DOI  10.1021 / bi9727343 , læs online )
  15. (i) Gao Yang, Richard B. Honzatko og Reuben J. Peters , "  syntase terpenoide strukturer: en hidtil fuldstændigt overblik over komplekse katalyse  " , Natural Product Reports , Vol.  29, nr .  10, 21. august 2012, s.  1153-1175 ( PMID  22907771 , PMCID  3448952 , DOI  10.1039 / C2NP20059G , læs online )
  16. (i) K. Ulrich Wendt, Karl Poralla og Georg E. Schulz , "  Structure and Function af en squalencyclase  " , Science , vol.  277, nr .  5333, 19. september 1997, s.  1811-1815 ( PMID  9295270 , DOI  10.1126 / science.277.5333.1811 , JSTOR  2893840 , læs online )
  17. (i) Corinna Feil, Roderich Süssmuth Günther Jung og Karl Poralla , "  site-directed mutagenese af formodede aktivt site rester i squalen-Hopene cyclase  " , European Journal of Biochemistry , vol.  242, nr .  1, November 1996, s.  51-55 ( PMID  8954152 , DOI  10.1111 / j.1432-1033.1996.0051r.x , læs online )