Myrosinase - Myrosinase
| Thioglucosidase (Myrosinase) | |||||||||
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 Myrosinase aus Sinapis alba . PDB 1e4m
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| Identifikatoren | |||||||||
| EG-Nr. | 3.2.1.147 | ||||||||
| CAS-Nr. | 9025-38-1 | ||||||||
| Datenbanken | |||||||||
| IntEnz | IntEnz-Ansicht | ||||||||
| BRENDA | BRENDA-Eintrag | ||||||||
| ExPASy | NiceZyme-Ansicht | ||||||||
| KEGG | KEGG-Eintrag | ||||||||
| MetaCyc | Stoffwechselweg | ||||||||
| PRIAM | Profil | ||||||||
| PDB- Strukturen | RCSB PDB PDBe PDBsum | ||||||||
| Gen-Ontologie | AmiGO / QuickGO | ||||||||
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Myrosinase ( EC 3.2.1.147 , Thioglucosid-Glucohydrolase , Sinigrinase und Sinigrase ) ist eine Familie von Enzymen, die an der Pflanzenabwehr gegen Herbivoren , insbesondere die Senfölbombe , beteiligt sind . Die dreidimensionale Struktur wurde aufgeklärt und ist in der PDB verfügbar (siehe Links in der Infobox).
Myrosinase, ein Mitglied der Familie der Glykosidhydrolasen, weist einige Ähnlichkeiten mit den allgegenwärtigen O- Glykosidasen auf . Jedoch Myrosinase ist das einzige bekannte Enzym in der Natur gefunden werden, die eine spalten können Thio -verknüpfte Glucose . Seine bekannte biologische Funktion besteht darin, die Hydrolyse einer Klasse von Verbindungen namens Glucosinolate zu katalysieren .
Myrosinase-Aktivität
Myrosinase gilt als abwehrbezogenes Enzym und ist in der Lage, Glucosinolate in verschiedene, zum Teil toxische Verbindungen zu hydrolysieren .
Mechanismus
Myrosinase katalysiert die chemische Reaktion
- ein Thioglucosid + H 2 O ein Zucker + ein Thiol
So sind die beiden Substrate sind dieses Enzyms thioglucosid und H 2 O , während seine beiden Produkte sind Zucker und Thiol .
In Gegenwart von Wasser spaltet Myrosinase die Glucosegruppe von einem Glucosinolat ab . Das verbleibende Molekül wandelt sich dann schnell in ein Thiocyanat , ein Isothiocyanat oder ein Nitril um ; das sind die Wirkstoffe, die der Pflanze als Abwehr dienen. Die Hydrolyse von Glucosinolaten durch Myrosinase kann in Abhängigkeit von verschiedenen physiologischen Bedingungen wie dem pH-Wert und dem Vorhandensein bestimmter Cofaktoren zu einer Vielzahl von Produkten führen . Es wurde beobachtet, dass alle bekannten Reaktionen die gleichen Anfangsschritte aufweisen. (Siehe Fig. 2.) Zuerst wird die β-Thioglucosid-Bindung durch Myrosinase gespalten, wodurch D-Glucose freigesetzt wird . Das resultierende Aglykon unterliegt einer spontanen Lossen- ähnlichen Umlagerung, wobei ein Sulfat freigesetzt wird . Der letzte Schritt des Mechanismus unterliegt der größten Vielfalt in Abhängigkeit von den physiologischen Bedingungen, unter denen die Reaktion abläuft. Bei neutralem pH-Wert ist das Hauptprodukt das Isothiocyanat . Unter sauren Bedingungen (pH < 3) und in Gegenwart von Eisen ( II) -Ionen oder epithiospecifer Proteinen wird stattdessen die Bildung von Nitrilen begünstigt.
Cofaktoren und Inhibitoren
Ascorbat ist ein bekanntes Cofaktor von Myrosinase, als Umhüllung Basiskatalysator in Glucosinolat Hydrolyse. Beispielsweise zeigte die aus Daikon ( Raphanus sativus ) isolierte Myrosinase einen Anstieg von V max von 2,06 µmol/min pro mg Protein auf 280 µmol/min pro mg Protein auf dem Substrat Allylglucosinolat (Sinigrin) in Gegenwart von 500 μM Ascorbat. Sulfat , ein Nebenprodukt der Glucosinolat- Hydrolyse, wurde als kompetitiver Inhibitor der Myrosinase identifiziert . Darüber hinaus hemmt 2-F-2-Desoxybenzylglucosinolat, das speziell zur Untersuchung des Mechanismus der Myrosinase synthetisiert wurde, das Enzym, indem es einen der Glutaminsäurereste im aktiven Zentrum , Glu 409, einfängt.
Struktur
Myrosinase existiert als Dimer mit Untereinheiten von jeweils 60-70 kDa. Röntgenkristallographie der aus Sinapis alba isolierten Myrosinase ergab, dass die beiden Untereinheiten durch ein Zinkatom verbunden sind. Es wird angenommen, dass die Bedeutung von Salzbrücken , Disulfidbrücken , Wasserstoffbrückenbindungen und Glykosylierung zur Stabilität des Enzyms beiträgt , insbesondere wenn die Pflanze angegriffen wird und schwere Gewebeschäden erleidet. Ein Merkmal vieler β- Glucosidasen sind katalytische Glutamat - Reste an ihren aktiven Zentren , aber zwei von ihnen sind durch einen einzigen ersetzt Glutamin Rückstand in Myrosinase. Es wurde gezeigt, dass Ascorbat die Aktivität der Glutamatreste ersetzt. (Siehe Abbildung 3 für den Mechanismus.)
Biologische Funktion
Myrosinase und ihr natürliches Substrat , Glucosinolat , sind als Teil der Abwehrreaktion der Pflanze bekannt . Wenn die Pflanze von Krankheitserregern , Insekten oder anderen Pflanzenfressern angegriffen wird , verwendet die Pflanze Myrosinase, um Glucosinolate , die ansonsten gutartig sind, in toxische Produkte wie Isothiocyanate , Thiocyanate und Nitrile umzuwandeln .
Kompartimentierung in Pflanzen
Das Abwehrsystem Glucosinolat-Myrosinase ist auf einzigartige Weise in der Pflanze verpackt. Pflanzen speichern Myrosinase- Glucosinolate durch Kompartimentierung, so dass diese nur bei Befall der Pflanze freigesetzt und aktiviert werden. Myrosinase wird größtenteils als Myrosin-Körner in den Vakuolen bestimmter Idioblasten, die Myrosin-Zellen genannt werden, gespeichert, aber es wurde auch in Proteinkörpern oder Vakuolen und als zytosolische Enzyme berichtet, die dazu neigen, an Membranen zu binden. Glucosinolate werden in benachbarten, aber getrennten "S-Zellen" gespeichert. Wenn die Pflanze Gewebeschäden erleidet, kommt die Myrosinase mit Glucosinolaten in Kontakt und aktiviert sie schnell in ihre potente, antibakterielle Form. Die wirksamsten dieser Produkte sind Isothiocyanate , gefolgt von Thiocyanaten und Nitrilen .
Evolution
Zu den Pflanzen, von denen bekannt ist, dass sie ein Myrosinase-Glucosinolat-Abwehrsystem entwickelt haben, gehören: Weißer Senf ( Sinapis alba ), Gartenkresse ( Lepidium sativum ), Wasabi ( Wasabia japonica ), Daikon ( Raphanus sativus ) sowie mehrere Mitglieder der Familie Brassicaceae , einschließlich gelber Senf ( Brassica juncea ), Rapssamen ( Brassica napus ), und gemeinsame diätetische brassicas wie Brokkoli , Blumenkohl , Kohl , Chinakohl und Kohl . Der bittere Nachgeschmack vieler dieser Gemüsesorten ist oft auf die Hydrolyse von Glucosinolaten bei Gewebeschäden während der Nahrungszubereitung oder beim Verzehr dieser Gemüsesorten zurückzuführen. Papayasamen verwenden diese Verteidigungsmethode, aber nicht das Fruchtfleisch selbst.
Myrosinase wurde auch aus der Kohlblattlaus isoliert . Dies deutet auf eine Koevolution der Kohlblattlaus mit ihrer Hauptnahrungsquelle hin. Die Blattlaus verwendet eine ähnliche Abwehrstrategie wie Pflanzen. Wie ihre Hauptnahrungsquelle unterteilt die Kohlblattlaus ihre native Myrosinase und die Glucosinolate, die sie aufnimmt. Wenn die Kohlblattlaus angegriffen wird und ihr Gewebe beschädigt wird, werden ihre gespeicherten Glucosinolate aktiviert, wodurch Isothiocyanate produziert und Raubtiere davon abgehalten werden, andere Blattläuse anzugreifen.
Historische Relevanz und moderne Anwendungen
Landwirtschaft
In der Vergangenheit wurden Nutzpflanzen wie Raps , die das Glucosinolat-Myrosinase-System enthielten, bewusst gezüchtet, um den Glucosinolatgehalt zu minimieren, da sich Raps in Tierfutter als giftig für Nutztiere erwies . Das Glucosinolat-Myrosinase-System wurde als mögliches Biobegasungsmittel zum Schutz von Nutzpflanzen vor Schädlingen untersucht. Die potenten Glucosinolat-Hydrolyseprodukte (GHPs) könnten auf Pflanzen gesprüht werden, um Pflanzenfresser abzuschrecken. Eine andere Möglichkeit wäre, mit gentechnischen Verfahren das Glucosinolat-Myrosinase-System in Nutzpflanzen einzuführen, um deren Resistenz gegen Schädlinge zu stärken.
Menschliche Gesundheit
Isothiocyanate , das Hauptprodukt der Glucosinolat-Hydrolyse, sind dafür bekannt, die Jodaufnahme in die Schilddrüse zu verhindern und Kropf zu verursachen . Es ist auch bekannt, dass Isothiocyanate in hohen Konzentrationen Hepatotoxizität oder Leberschäden verursachen. Neuere Studien haben jedoch gezeigt, dass eine Ernährung mit einem hohen Anteil an glucosinolathaltigem Gemüse wie Kohl mit einem geringeren Risiko für Herzerkrankungen, Diabetes und Krebs verbunden ist. Isothiocyanate sind gezeigt worden , Phase II induzieren Entgiftungsenzyme in den beteiligten xenobiotischen Metabolismus von Karzinogenen . Es gab immer mehr Hinweise darauf , dass ein Myrosinase-ähnliches Enzym auch Mitglieder des menschlichen Darms vorhanden sein können microbiome . Obwohl Myrosinase, wie viele Enzyme , wird bei hohen Temperaturen denaturiert werden und damit ihre Aktivität verlieren , wenn gekocht wird , eine gut Mikrobe , die dieselbe katalysiert die Hydrolyse von Glucosinolaten wäre in der Lage eingenommen zu aktivieren Glucosinolate in ihre potenten Formen, zB Isothiocyanate.
Laut einem Artikel in der New England Journal of Medicine , eine chinesische Frau , die 1-1,5 kg (2,2-3,3 lb) von rohem aß Bok Choy täglich schwere entwickelt Hypothyreose durch übermäßige Einnahme von Myrosinase.