Pektinészteráz

A pektinészteráz (PE) ( EC kód 3.1.1.11 ) egy széles körben elterjedt sejtfalhoz kötődő enzim , amely számos olyan izoformát mutat be , amelyek hozzájárulnak a növényi sejtfal módosításához és későbbi elpusztításához. Minden magasabb rendű növényben megtalálható, valamint néhány baktériumban és gombában is megtalálható . A pektinészteráz elsősorban a sejtfal helyi pH -értékének megváltoztatásával fejti ki hatását , ami a sejtfal integritásának megsértéséhez vezet.

A pektinészteráz katalizálja a pektin észterezését pektáttá és metanollá . A pektin a növényi sejtfal egyik fő alkotóeleme. A növényekben a pektinészteráz fontos szerepet játszik a sejtfal anyagcseréjében a gyümölcsérés során. Növényi patogén baktériumokban, mint például az Erwinia carotovora és gombás kórokozókban, mint például az Aspergillus niger , a pektinészteráz részt vesz a növényi szövet macerációjában és lágy rothadásában. A növényi pektinészterázokat pektinészteráz inhibitorok szabályozzák, amelyek hatástalanok a mikrobiális enzimekkel szemben [2] .

Funkció

A legújabb tanulmányok kimutatták, hogy a pektinészteráz expressziójának manipulálása számos élettani folyamatot befolyásolhat. A növényekben a pektinészteráz szerepet játszik a sejtfal mechanikai stabilitásának modulálásában a gyümölcsérés során , a sejtfal megnyúlásában a pollen csírázása és a pollencső növekedése során, a leszakadásban , a szár megnyúlásában, a gumótermésben és a gyökérfejlődésben. A pektinészterázról kimutatták, hogy szerepet játszik a növények kórokozói támadására adott válaszában is. A Nicotiana tabacum sejtfalhoz kötött pektinészteráza részt vesz a dohánymozaikvírus mozgásfehérjéjének gazdasejt-receptorának felismerésében , és ez a kölcsönhatás szükségesnek bizonyult a vírus sejtről sejtre történő transzlokációjához.

A pektinészteráznak a növényi sejtfal összetevőire gyakorolt ​​hatása két, egymással homlokegyenest ellentétes hatást válthat ki. Az első a sejtfal erősítéséhez való hozzájárulás a nem észterezett karboxilcsoportok blokkjainak képződése miatt , amelyek kölcsönhatásba léphetnek a kalciumionokkal, és pektátgélt képeznek. Másodszor, a protonok felszabadulása serkentheti a sejtfal- hidrolázok aktivitását , elősegítve a sejtfal fellazulását.

A pektin észterezése

A pektinek a kétszikű sejtfalak száraz tömegének körülbelül 35%-át teszik ki . A cisz- Golgi-ciszternákban polimerizálódnak, a mediális Golgi-ciszternákban metilésztereződnek, és a transz-Golgi-ciszternákban oldalláncok helyettesítik őket. A pektin biokémiája meglehetősen összetett lehet, de leegyszerűsítve a pektin gerincét 3 típusú polimer alkotja: homogalakturonán (HGA); ramnogalakturonán I (RGI); ramnogalakturonán II (RGII).

A homogalakturonán nagymértékben észteresedik a metil hatására, amikor a sejtfalba kerül, majd ezt követően a pektinészteráz és más pektin enzimek észterezik. A pektinészteráz katalizálja a pektinvegyületekben lévő metilészterezett D-galaktoziduronsav egységek deészterezését, szubsztrátot biztosítva a depolimerizációs enzimek, különösen a savas pektinek és a metanol számára .

A legtöbb tisztított növényi pektinészteráz semleges vagy lúgos izoelektromos pontokkal rendelkezik, és elektrosztatikus kölcsönhatások révén kötődik a sejtfalhoz . A pektinészterázok azonban mutathatják a növényi szövetek oldható frakcióiban található savas izoelektromos pontokat. Egészen a közelmúltig általános vélekedés volt, hogy a növényi pektinészterázok fokozatosan, tömbszerűen távolítják el a metil-észtereket, ami a pektin homogalakturonán doménjeiben a nem észterezett GalA-maradékok hosszú, folyamatos szakaszait eredményezi . Alternatív megoldásként úgy gondolták, hogy a gomba pektinészterázok véletlenszerű aktivitással rendelkeznek, ami az egyes GalA-maradékok deészterezéséhez vezet az enzim/szubsztrát kölcsönhatások hatására. Mostanra kimutatták, hogy egyes növényi pektinészteráz izoformák mindkét mechanizmust mutathatják, és ezeket a mechanizmusokat a pH változása vezérli . A magasabb növények optimális pH-értéke általában pH 7 és pH 8 között van, bár a gombák és baktériumok pektinészteráz pH-ja általában jóval alacsonyabb ennél az értéknél.

Molekuláris biológia és biokémia

A PE-fehérjéket 540-580 aminosavból álló pre-proteinként szintetizálják, szignálszekvenciával és nagy, körülbelül 22 kDa amino-terminális hosszúsággal . Ezt a terminális kiterjesztést végül eltávolítják, ami egy érett, 34-37 kDa-os fehérjét eredményez. A legtöbb PE-nek nincs konszenzus szekvenciája az N-glikozilációhoz az érett fehérjében, bár legalább egy hely jelen van az amino-terminális kiterjesztési régióban.

A pektinészteráz aktivitásának térbeli és időbeli szabályozása a növények fejlődése során az izoformák nagy családján alapul. A közelmúltban az Arabidopsis thaliana genom szisztematikus szekvenálása 66 nyitott leolvasási keret azonosításához vezetett, amelyek pektinészterázként vannak megjelölve, és amelyek többsége nagy pre-proteinként van kódolva. A szignálpeptid előrégió szükséges ahhoz, hogy az enzimet az endoplazmatikus retikulumba célozza, és körülbelül 25 aminosavból áll. Ezek az N-terminális régiók több glikozilációs helyet tartalmaznak, és úgy gondolják, hogy ezek a helyek a célzásban is szerepet játszanak.

Úgy gondolják, hogy a pektinészteráz a nagymértékben metilált pektin apoplazmába szekretálódik, bár ezen a szekréciós útvonalon egy bizonyos ponton az N-terminális propeptid lehasad. Jelenleg a prorégió szerepe nem ismert, bár feltételezték, hogy intramolekuláris chaperonként működhet, megfelelő hajtogatást vagy inaktiváló aktivitást biztosítva a PE sejtfalba történő beépülése előtt.

Az utóbbi időben különös figyelmet fordítottak a pektinészteráz molekuláris vizsgálataira, amelyek több rokon izoforma jellemzéséhez vezettek a magasabb rendű növények különböző fajaiban. E pektinészterázok némelyikéről kimutatták, hogy mindenütt expresszálódnak, míg mások kifejezetten a gyümölcsérés, a pollenszem csírázása vagy a szár megnyúlása során expresszálódnak. Az ilyen adatok azt sugallják, hogy a pektinésztereket egy olyan géncsalád kódolja, amelyek sejttípustól függően eltérően szabályozzák, válaszul specifikus fejlődési vagy környezeti jelekre.

Növényi izoformák

Kétszikű növényekben a pektinészteráz számos izoformáját azonosították, amelyek molekulatömegükben , izoelektromos pontjukban és biokémiai aktivitásukban különböznek egymástól. A pektinészteráz izoformákat egy géncsalád kódolja, amelyek egy része konstitutívan expresszálódik az egész növényben, míg mások bizonyos szövetekben és különböző fejlődési szakaszokban eltérően fejeződnek ki. A pektinészteráz izoformák különböző biokémiai paraméterekben különböznek egymástól, például relatív molekulatömegben, izoelektromos pontban, optimális pH-értékben, szubsztrát affinitásban, ionigényben és elhelyezkedésben.

Szerkezet

Az N-terminális pektinészteráz propeptidek méretükben és szekvenciájukban különböznek, és alacsony szintű aminosav azonosságot mutatnak. Másrészt a C-terminális katalitikus régió erősen konzervált, és egy érett enzim. A növényi pektinészterázra megoldott első háromdimenziós szerkezet a sárgarépa gyökeréből ( Daucus carota ) származó izoforma volt, és egy jobb oldali párhuzamos β-hélixből áll, amint az a teljes CE-8 szénhidrát - észteráz családban látható, egy transzmembrán domén. és egy pektinkötő hasadék [3] . Hasonlóképpen számos pektinészteráz szerkezetet sikerült feltárni gombákban és E. coliban , és ezek a legtöbb szerkezeti motívummal megegyeznek a növényekben.

A prokarióta és eukarióta pektinészterázok számos szekvenciahasonlóságot mutatnak. Az Erwinia chrysanthemi pektinészteráz kristályszerkezete a pektinolitikus enzimekhez hasonló béta-hélix szerkezetet mutatott ki, bár eltér az észterázok legtöbb szerkezetétől [4] . A feltételezett katalitikus maradékok ugyanazon a helyen vannak, mint a pektát-liáz aktív helye és szubsztrátkötő hasadéka.

Jegyzetek

1. ↑ Fries, M.; Ihrig, J.; Brocklehurst, K.; Sevcsik, V.E.; Pickersgill, RW (2007). „A fitopatogén pektin-metilészteráz aktivitásának molekuláris alapja” . Az EMBO Journal . 26 (17): 3879-3887. doi : 10.1038/sj.emboj.7601816 . PMC2000356  _ _ PMID  17717531 .
2. ↑ "A pektin-metilészteráz és egy specifikus inhibitor fehérje közötti kölcsönhatás strukturális alapja". Növényi sejt . 17 (3): 849-858. 2005. DOI : 10.1105/tpc.104.028886 . PMID  15722470 .
3. ↑ EKT 1GQ8 ; „A növényi pektin-metilészteráz kristályszerkezete”. FEBS Lett . 514 (2-3): 243-9. 2002. március. DOI : 10.1016/S0014-5793(02)02372-4 . PMID  11943159 .
4. ↑ EKT 1QJV ; "Az Erwinia chrysanthemi pektin-metilészteráz háromdimenziós szerkezete új észteráz aktív helyet tár fel." J. Mol. biol . 305 (4): 951-960. 2001. doi : 10.1006/jmbi.2000.4324 . PMID  11162105 .

Linkek

• MeSH pektinészteráz