Squalene-hopene cyclase

Squalene-hopene cyclase Descrierea acestei imagini, comentată și mai jos Structura unei squalene cyclase hopène a Alicyclobacillus acidocaldarius  (en) ( PDB  2SQC ). Suprafața membranei este indicată printr-o linie albastră. Date esentiale
Nr. CE CE 5.4.99.17
numar CAS 76600-69-6
Activitatea enzimatică
IUBMB Intrare IUBMB
IntEnz Vizualizare IntEnz
BRENDA Intrarea BRENDA
KEGG Intrare KEGG
MetaCyc Calea metabolică
PRIAM Profil
PDB Structuri

Un guanilat qualène-hopène sau CHS , este un isomerase care catalizează reacția  :

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

Această enzimă este prezentă în procariote , unde joacă un rol important în asigurarea interconversiei unei molecule de squalen , liniare , în hopene și hopanol , triterpene pentaciclice , într-un raport de 5: 1. Se găsește în multe bacterii, dar este printre bacteriile termofile Alicyclobacillus acidocaldarius  (fr) care se izolează cel mai ușor.

Cei hopanoids joacă în bacterii rol fiziologic similar cu steroli din eucariotelor prin modularea fluiditatea si permeabilitatea membranelor biologice . La procariote, acestea stabilizează membranele în prezența temperaturilor ridicate și a acidității extreme datorită structurii lor policiclice rigide. Astfel, expresia squalen-hopen ciclazei este activată în anumite bacterii plasate într-un mediu fierbinte sau acid.

Se crede că squalen-hopena ciclază provoacă multe clase de sterile ciclic eucariote și procariote. Ciclază oxydosqualene , analogi ai acestei enzime în eucariote, care au nevoie de oxigen pentru reacțiile lor, ceea ce indică o evoluție în continuare a acestor proteine, care datează un moment în care atmosfera conținea oxigen; faptul că squalene-hopene cyclase funcționează într-un mediu anoxic sugerează că este mult mai vechi.

Funcționare și site activ

Formarea scheletului Hopene este una dintre cele mai complexe reacții elementare din biochimie . 13  legături covalente sunt rupte sau formate într-un singur pas, se formează 9  centre chirale și cinci inele sunt închise. Qualene-hopene ciclaza catalizează, de fapt, conversia unui compus cu lanț deschis , squalene , în triterpene pentaciclice , hopene și hopanol , aceste două produse fiind formate, respectiv, cu un raport 5: 1.

Biosinteza hopenei începe cu ciclizarea squalenului la o configurație pre-scaun continuând cu formarea a cinci legături carbon-carbon . Formarea ciclurilor se completează cu îndepărtarea unui proton din grupele terminale metil aui alternate pe squalen cu o moleculă de apă . Această moleculă de apă determină, de asemenea, natura produsului de reacție, în funcție de faptul că primește un proton din gruparea metil în poziția 29 sau 30 pentru a forma hopenă sau dacă renunță la o grupare hidroxil în poziția C-22 a ciclului A. Alte molecule de apă intervin accentuând polarizarea și formând legături de hidrogen între șapte reziduuri de aminoacizi ai enzimei: reziduurile Thr41 , Glu45 , Glu93 , Arg127 , Gln262 , Trp133 și Tyr267 .

Există foarte puține modificări conformaționale în timpul formării inelelor A la D. Acesta este motivul pentru care această reacție nu necesită intermediari și poate fi efectuată într-o singură etapă. Formarea inelului E este însă blocată de o barieră de entropie , ceea ce poate explica de ce este absent din steroizii tetraciclici.

Situl activ al squalene-hopene ciclazei este situat într-o cavitate centrală a regiunii adiacente membranei , o cavitate la care substratul accesează printr-un canal apolar . Situl activ este înconjurat de reziduuri aromatice care formează o cavitate bine potrivită pentru molecula de squalen pliată într-o conformație funcțională. Mecanismul de reacție implică câteva resturi de aspartat și histidină pentru a iniția ciclizarea prin protonarea C-3 și deprotonarea C-29, ceea ce determină o succesiune de carbocații intermediare. O mutație a acestui reziduu aspartat poate inactiva enzima.

Note și referințe

  1. (în) KU Wendt, A. Lenhart și GE Schulz , „  Structura proteinei de membrană squalen ciclază-hopenă la o rezoluție de 2,0 A.  ” , Journal of Molecular Biology , vol.  286, nr .  1, 12 februarie 1999, p.  175-187 ( PMID  9931258 , DOI  10.1006 / jmbi.1998.2470 , citiți online )
  2. (ro) Tsutomu Hoshino și Tsutomu Sato , „  Squalene - hopene cyclase: mecanism catalitic și recunoașterea substratului  ” , Chemical Communications , n o  4, 21 februarie 2002, p.  291-301 ( PMID  12120044 , DOI  10.1039 / B108995c , citiți online )
  3. (în) Tsutomu Hoshino, Shin-ichi Nakano, Tomohiro Kondo, Tsutomu Sato și Aya Miyoshi , „  Squalene cyclase-hopene: Final deprotonation reaction, analysis conformational for the cyclization of (3R, S) -2,3-oxidosqualene and further Dovezi de top pentru necesitatea unui fragment izopropiliden, atât pentru inițierea cascadei de policiclizare, cât și pentru formarea inelului cu 5 membri  ” , Organic & Biomolecular Chemistry , vol.  2, n o  10, 26 aprilie 2004, p.  1456-1470 ( PMID  15136801 , DOI  10.1039 / B401172d , citiți on - line )
  4. (în) Tsutomu Sato, Masanori Kouda și Tsutomu Hoshino , "  Experimente de mutageneză direcționate pe site asupra sitului de deprotonare putativă a ciclazei Squalene-hopene din Alicyclobacillus acidocaldarius  " , Bioscience, Biotechnology și Biochimie , vol.  68, nr .  3, Martie 2004, p.  728-738 ( PMID  15056909 , DOI  10.1271 / bbb.68.728 , citiți online )
  5. (ro) Dirk J. Reinert, Gianni Balliano și Georg E. Schulz , „  Conversion of Squalene to the Pentacarbocyclic Hopene  ” , Chemistry & Biology , vol.  11, n o  1, ianuarie 2004, p.  121-126 ( PMID  15113001 , DOI  10.1016 / j.chembiol.2003.12.013 )
  6. (ro) Ann Pearson, Meytal Budin și Jochen J. Brocks , „  Dovezi filogenetice și biochimice pentru sinteza sterolului în bacteria Gemmata obscuriglobus  ” , Proceedings of the National Academy of Sciences din Statele Unite ale Americii , vol.  100, nr .  26, 23 decembrie 2003, p.  15352-15357 ( PMID  14660793 , PMCID  307571 , DOI  10.1073 / pnas.2536559100 , citiți online )
  7. (în) Brigitte și Karl Poralla Seckler , "  Caracterizarea și purificarea parțială a squalene ciclazei-hopene din Bacillus acidocaldarius  " , Biochimica și Biophysica Acta (BBA) - Subiecte generale , Vol.  881, nr .  3, 2 mai 1986, p.  356-363 ( DOI  10.1016 / 0304-4165 (86) 90027-9 , citiți online )
  8. (în) Elmar Kannenberg L. și Karl Poralla , "  Biosinteza și funcția hopanoidă în bacterii  " , Naturwissenschaften , vol.  86, nr .  4, 1999, p.  168-176 ( DOI  10.1007 / s001140050592 , Bibcode  1999NW ..... 86..168K , citiți online )
  9. (în) G. Ourisson Domnul Rohmer și K. Poralla , „  Hopanoizi procariotici și alți surogat de sterol poliperpenoid  ” , Reviste anuale , vol.  41, 1987, p.  301-333 ( PMID  3120639 , DOI  10.1146 / annurev.mi.41.100187.001505 , citiți online )
  10. (în) Hermann Sahm, Michel Rohmer, Stephanie Bringer-Meyer, Georg A. Sprenger și Roland Welle , "  Biochimie și fiziologia hopanoizilor în bacterii  " , în Advances Microbial Physiology , vol.  35, 1993, p.  247-273 ( PMID  8310881 , DOI  10.1016 / S0065-2911 (08) 60100-9 , citiți online )
  11. (în) M Rohmer, P și G Bouvier Ourisson , „  Evoluția moleculară a biomembranelor: echivalent structural și filogenetic al sterolilor Juventa  ” , Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America , vol.  76, n o  2 Februarie 1979, p.  847-851 ( PMID  284408 , PMCID  383070 , DOI  10.1073 / pnas.76.2.847 , citiți online )
  12. (în) Gabriele și Dieter Jendrossek Siedenburg , "  Squalene-Hopene cyclase  " , Microbiologie aplicată și de mediu , vol.  77, nr .  12, iunie 2011, p.  3905-3915 ( PMID  21531832 , PMCID  3131620 , DOI  10.1128 / AEM.00300-11 , citiți online )
  13. (în) EJ Corey, Matsuda și SP B. Bartel , "  Izolarea unei gene Arabidopsis thaliana care codifică cicloartenol sintaza prin expresie funcțională într-un mutant de drojdie lipsit de lanosterol sintază prin utilizarea unui ecran de cromatografie  " , Proceedings of the National Academy of Sciences al Statelor Unite ale Americii , vol.  90, n o  24, 15 decembrie 1993, p.  11628-11632 ( PMID  7505443 , PMCID  48037 , DOI  10.1073 / pnas.90.24.11628 , citiți online )
  14. (în) Yi Feng Zheng, Ikuro Abe și Glenn D. Prestwich , "  Inhibition Kinetics and Affinity Labeling of Bacterial Squalene: Hopene Cyclase by Thia-Substituted Analogs of 2,3-Oxidosqualene  " , Biochimie , vol.  37, nr .  17, 28 aprilie 1998, p.  5981-5987 ( PMID  9558334 , DOI  10.1021 / bi9727343 , citiți online )
  15. (în) Gao Yang, Richard B. Honzatko și Reuben J. Peters , „  Structuri terpenoide sintazate : o viziune incompletă până acum a catalizei complexe  ” , Natural Product Reports , Vol.  29, n o  10, 21 august 2012, p.  1153-1175 ( PMID  22907771 , PMCID  3448952 , DOI  10.1039 / C2NP20059G , citiți online )
  16. (în) K. Ulrich Wendt, Karl Poralla și Georg E. Schulz , „  Structura și funcția unei ciclase squalene  ” , Știință , vol.  277, nr .  5333, 19 septembrie 1997, p.  1811-1815 ( PMID  9295270 , DOI  10.1126 / science.277.5333.1811 , JSTOR  2893840 , citiți online )
  17. (în) Corinna Feil, Roderich Süssmuth Günther Jung și Karl Poralla , "  Mutageneză direcționată pe site a reziduurilor putative active în situs în ciclaza Squalene-Hopene  " , Jurnalul European de Biochimie , vol.  242, n o  1, Noiembrie 1996, p.  51-55 ( PMID  8954152 , DOI  10.1111 / j.1432-1033.1996.0051r.x , citiți online )