Pektiiniesteraasi

Pektiiniesteraasi (PE) ( EY-koodi 3.1.1.11 ) on laajalti levinnyt soluseinään liittyvä entsyymi , joka sisältää useita isoformeja , jotka myötävaikuttavat kasvin soluseinän muuntumiseen ja myöhempään tuhoutumiseen. Sitä löytyy kaikista korkeammista kasveista ja myös joistakin bakteereista ja sienistä . Pektiiniesteraasi vaikuttaa ensisijaisesti muuttamalla soluseinän paikallista pH: ta, mikä johtaa soluseinän eheyden rikkomiseen.

Pektiiniesteraasi katalysoi esteröinnin pektiinistä pektaatiksi ja metanoliksi . Pektiini on yksi kasvin soluseinän pääkomponenteista. Kasveissa pektiiniesteraasilla on tärkeä rooli soluseinän aineenvaihdunnassa hedelmien kypsymisen aikana. Kasvipatogeenisissä bakteereissa, kuten Erwinia carotovorassa , ja sienipatogeeneissä, kuten Aspergillus niger , pektiiniesteraasi osallistuu kasvikudoksen maseroimiseen ja pehmeään mätänemiseen. Kasvien pektiiniesteraaseja säätelevät pektiiniesteraasi-inhibiittorit, jotka ovat tehottomia mikrobien entsyymejä vastaan ​​[2] .

Toiminto

Viimeaikaiset tutkimukset ovat osoittaneet, että pektiiniesteraasin ilmentymisen manipulointi voi vaikuttaa lukuisiin fysiologisiin prosesseihin. Kasveissa pektiiniesteraasilla on rooli soluseinän mekaanisen stabiilisuuden moduloimisessa hedelmien kypsymisen aikana , soluseinän pidentymisessä siitepölyn itämisen ja siitepölyputken kasvun aikana, irtoamisessa , varren pidentymisessä, mukulan sadon ja juurien kehityksen aikana. Pektiiniesteraasin on myös osoitettu näyttelevän roolia kasvien vasteessa patogeenien hyökkäykselle. Nicotiana tabacumin soluseinään sitoutunut pektiiniesteraasi osallistuu isäntäsolureseptorin tunnistamiseen tupakan mosaiikkiviruksen liikeproteiinille, ja tämän vuorovaikutuksen on osoitettu olevan välttämätön viruksen siirtymiselle solusta soluun.

Pektiiniesteraasin vaikutus kasvien soluseinän komponentteihin voi aiheuttaa kaksi diametraalisesti päinvastaista vaikutusta. Ensimmäinen on myötävaikutus soluseinän vahvistumiseen esteröimättömien karboksyyliryhmien lohkojen muodostumisen vuoksi , jotka voivat olla vuorovaikutuksessa kalsiumionien kanssa muodostaen pektaattigeelin. Toiseksi protonien vapautuminen voi stimuloida soluseinän hydrolaasien toimintaa , mikä edistää soluseinän löystymistä.

Pektiinin esteröinti

Pektiinit muodostavat noin 35 % kaksisirkkaisten soluseinien kuivapainosta . Ne polymeroituvat cis- Golgi-säiliöissä , metyyliesteröidyt mediaalisissa Golgi-säiliöissä ja syrjäytyvät sivuketjuilla trans-Golgi-säiliöissä. Pektiinin biokemia voi olla melko monimutkaista, mutta yksinkertaisesti sanottuna pektiinin runko koostuu 3 tyyppisistä polymeereistä: homogalakturonaani (HGA); ramnogalakturonaani I (RGI); ramnogalakturonaani II (RGII).

Homogalakturonaani esteröityy voimakkaasti metyylillä, kun se viedään soluseiniin, ja sen jälkeen deesteroituu pektiiniesteraasin ja muiden pektiinientsyymien vaikutuksesta. Pektiiniesteraasi katalysoi pektiiniyhdisteissä olevien metyyliesteröityjen D-galaktosiduronihappoyksiköiden deesteröintiä ja tarjoaa substraatteja depolymerointientsyymeille, erityisesti happamille pektiineille ja metanolille .

Useimmilla puhdistetuilla kasvin pektiiniesteraaseilla on neutraalit tai alkaliset isoelektriset pisteet ja ne sitoutuvat soluseinään sähköstaattisten vuorovaikutusten kautta. Pektiiniesteraasit voivat kuitenkin osoittaa happamia isoelektrisiä pisteitä, joita löytyy kasvikudosten liukoisista fraktioista. Viime aikoihin asti uskottiin yleisesti, että kasvien pektiiniesteraasit poistavat metyyliestereitä vähitellen, lohkoittain, mikä johtaa pitkiin, jatkuviin esteröimättömien GalA-tähteiden jaksoihin pektiinin homogalakturonaanidomeeneissa . Vaihtoehtoisesti sieni-pektiiniesteraasien uskottiin olevan satunnaista aktiivisuutta, mikä johtaa yksittäisten GalA-tähteiden deesteröintiin entsyymi/substraatti-vuorovaikutuksissa. Nyt on osoitettu, että joillakin kasvin pektiiniesteraasi- isoformeilla voi olla molemmat mekanismit ja että tällaisia ​​mekanismeja ohjaavat pH :n muutokset . Optimaalinen pH korkeammille kasveille on yleensä pH 7 ja pH 8 välillä, vaikka sienten ja bakteerien pektiiniesteraasi pH on yleensä paljon tätä arvoa alhaisempi.

Molekyylibiologia ja biokemia

PE-proteiinit syntetisoidaan 540-580 aminohapon esiproteiineina, joilla on signaalisekvenssi ja suuri aminoterminaalinen pituus, noin 22 kDa . Tämä terminaalinen pidennys poistetaan lopulta, mikä johtaa kypsään 34-37 kDa:n proteiiniin. Useimmilta PE : iltä puuttuu konsensussekvenssit N-glykosylaatiota varten kypsässä proteiinissa, vaikka ainakin yksi kohta on läsnä aminoterminaalisella pidennysalueella.

Pektiiniesteraasiaktiivisuuden spatiaalinen ja ajallinen säätely kasvin kehityksen aikana perustuu suureen isoformiperheeseen. Äskettäin Arabidopsis thaliana -genomin systemaattinen sekvensointi on johtanut 66 avoimen lukukehyksen tunnistamiseen, jotka on merkitty pektiiniesteraaseiksi, joista suurin osa on koodattu suuriksi esiproteiineiksi. Signaalipeptidin esialue tarvitaan entsyymin kohdistamiseksi endoplasmiseen retikulumiin , ja se koostuu noin 25 aminohappotähteestä. Nämä N-terminaaliset alueet sisältävät useita glykosylaatiokohtia ja näillä paikoilla uskotaan myös olevan rooli kohdistamisessa.

Pektiiniesteraasin uskotaan erittyvän voimakkaasti metyloituneeseen pektiinin apoplasmaan, vaikka jossain vaiheessa tätä eritysreittiä pitkin N-terminaalinen propeptidi katkaistaan. Tällä hetkellä pro-alueen roolia ei tunneta, vaikka on ehdotettu, että se voisi toimia molekyylinsisäisenä chaperonina, joka tarjoaa asianmukaisen laskostumis- tai inaktivoivan aktiivisuuden ennen PE:n soluseinään lisäyksen loppuun saattamista.

Viime aikoina on kiinnitetty erityistä huomiota pektiiniesteraasin molekyylitutkimuksiin, jotka ovat johtaneet useiden sukulaisten isoformien karakterisointiin korkeampien kasvien eri lajeissa. Joidenkin näistä pektiiniesteraaseista on osoitettu ilmentyvän kaikkialla, kun taas toiset ilmentyvät spesifisesti hedelmien kypsymisen, siitepölynjyvien itämisen tai varren pidentymisen aikana. Sellaiset tiedot viittaavat siihen, että pektiiniestereitä koodaa geeniperhe, jota säädellään eri tavalla solutyypistä riippuen vasteena spesifisille kehitys- tai ympäristösignaaleille.

Kasvien isoformit

Kaksisirkkaisissa kasveissa on tunnistettu useita pektiiniesteraasin isoformeja, jotka eroavat molekyylipainoltaan , isoelektriseltä pisteeltä ja biokemiallisesta aktiivisuudesta. Pektiiniesteraasi-isoformeja koodaa geeniperhe, joista osa ilmentyy konstitutiivisesti koko kasvissa, kun taas toiset ilmentyvät eri tavalla tietyissä kudoksissa ja eri kehitysvaiheissa. Pektiiniesteraasi-isoformit eroavat erilaisista biokemiallisista parametreista, kuten suhteellisesta molekyylipainosta, isoelektrisestä pisteestä, optimaalisesta pH:sta, substraattiaffiniteetista, ionien tarpeesta ja sijainnista.

Rakenne

N-terminaaliset pektiiniesteraasipropeptidit eroavat kooltaan ja sekvenssiltään, ja niillä on alhainen aminohappoidentiteetti. Toisaalta C-terminaalinen katalyyttinen alue on erittäin konservoitunut ja on kypsä entsyymi. Ensimmäinen kasvin pektiiniesteraasille ratkaistu kolmiulotteinen rakenne oli porkkanan juuresta ( Daucus carota ) peräisin olevalle isoformille, ja se koostuu oikeanpuoleisesta yhdensuuntaisesta β-kierteestä, kuten näkyy koko hiilihydraattiesteraasien CE-8- perheessä , kalvon läpäisevä domeeni, ja pektiiniä sitova rako [3] . Samoin useita pektiiniesteraasirakenteita on selvitetty sienissä ja E. colissa , ja niillä on suurin osa kasveissa havaituista rakenteellisista motiiveista.

Prokaryoottisilla ja eukaryoottisilla pektiiniesteraasilla on useita samankaltaisia ​​sekvenssialueita. Erwinia chrysanthemi -pektiiniesteraasin kiderakenne paljasti beeta-heliksirakenteen, joka on samanlainen kuin pektinolyyttisten entsyymien, vaikka se eroaa useimmista esteraasien rakenteista [4] . Oletetut katalyyttiset tähteet ovat samassa paikassa kuin pektaattilyaasin aktiivinen kohta ja substraattia sitova rako.

Muistiinpanot

1. ↑ Fries, M.; Ihrig, J.; Brocklehurst, K.; Shevchik, V.E.; Pickersgill, RW (2007). "Fytopatogeenin pektiinimetyyliesteraasin aktiivisuuden molekyyliperusta" . EMBO-lehti . 26 (17): 3879-3887. doi : 10.1038/sj.emboj.7601816 . PMC2000356  _ _ PMID  17717531 .
2. ↑ "Pektiinimetyyliesteraasin ja spesifisen estäjäproteiinin välisen vuorovaikutuksen rakenteellinen perusta". Kasvisolu . 17 (3): 849-858. 2005. DOI : 10.1105/tpc.104.028886 . PMID  15722470 .
3. ↑ ATE 1GQ8 ; "Kasvien pektiinimetyyliesteraasin kiderakenne". FEBS Lett . 514 (2-3): 243-9. maaliskuuta 2002. DOI : 10.1016/S0014-5793(02)02372-4 . PMID  11943159 .
4. ↑ ATE 1QJV ; "Erwinia chrysanthemi -pektiinimetyyliesteraasin kolmiulotteinen rakenne paljastaa uuden esteraasin aktiivisen kohdan." J. Mol. biol . 305 (4): 951-960. 2001. doi : 10.1006/jmbi.2000.4324 . PMID  11162105 .

Linkit

• MeSH -pektiiniesteraasi