Dimocarpus longan 폴리페놀 산화효소의 생화학적 특성 분석을 통해 촉매 효율에 대한 통찰력 제공

Scientific Reports 12권, 기사 번호: 20322(2022) 이 기사 인용

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열대 용안나무에서 생산되는 "용의 눈" 열매는 영양분과 항산화제가 풍부합니다. 그들은 주로 폴리페놀 산화효소(PPO) 계열의 효소가 원인이 되는 과정인 수확 후 효소적 갈변으로 고통받습니다. 이 연구에서는 PPO를 암호화하는 두 개의 cDNA가 Dimocarpus longan(Dl)의 잎에서 복제되어 대장균에서 이종 발현되고 친화성 크로마토그래피로 정제되었습니다. prepro-DlPPO1은 N 말단에 2개의 신호 펩티드를 함유하고 있어 단백질을 엽록체 간질과 틸라코이드 내강으로 쉽게 운반할 수 있습니다. prepro-DlPPO1에서 두 개의 신호 펩타이드를 제거하면 pro-DlPPO1이 생성됩니다. prepro-DlPPO1은 pro-DlPPO1(65°C 대 40°C에서 전개)보다 더 높은 내열성을 나타냈는데, 이는 신호 펩타이드가 DlPPO1의 접힘을 안정화할 수 있음을 시사합니다. DlPPO1은 모노페놀성 기질과 디페놀성 기질을 모두 수용하기 때문에 티로시나제로 분류될 수 있습니다. pro-DlPPO1은 천연 디페놀 (-)-에피카테킨(800 ± 120 s−1 mM−1의 kcat/KM)에 대해 가장 높은 특이성을 나타냈는데, 이는 4-메틸카테콜(590 ± 99 s−1 mM−)보다 높습니다. 1) 피로갈롤(70 ± 9.7 s−1 mM−1) 및 카페인산(4.3 ± 0.72 s−1 mM−1). prepro-DlPPO1의 운동 효율은 앞서 언급한 4가지 디페놀성 기질에 대해 pro-DlPPO1로 관찰한 것보다 각각 23, 36, 1.7 및 4.7배 더 낮습니다. 또한, 도킹 연구에 따르면 (-)-에피카테킨은 조사된 다른 기질보다 결합 에너지가 더 낮습니다. 동역학 및 in-silico 연구 모두 (-)-에피카테킨이 DlPPO1의 좋은 기질이며 특정 플라보노이드 화합물에 대한 PPO의 친화성을 확인한다는 것을 강력히 시사합니다.

폴리페놀 산화효소(PPO)는 박테리아1, 곰팡이2,3, 고세균4, 식물5, 곤충6,7 및 인간을 포함한 동물8,9에 존재하는 III형 이구리 금속효소입니다. PPO 계열에는 티로시나제(TYR)10,11,12,13 및 카테콜 산화효소(CO)14,15가 포함되어 있습니다. TYR은 모노페놀의 o-디페놀로의 오르토-수산화(모노페놀라제 활성, EC 1.14.18.1)와 그에 따른 해당 o-디페놀의 o-퀴논(디페놀라제 활성, EC 1.10.3.1)으로의 산화를 촉매하는 반면, CO는 다음과 같은 기능만 수행할 수 있습니다. 후자의 디페놀라제 활성13,16. 생성된 퀴논은 반응성이 높은 화합물이며 비효소적으로 빠르게 중합되어 멜라닌으로 알려진 노란색에서 검은색 복합 색소를 형성합니다17,18.

생체 내에서 식물 PPO는 전구체 단백질(prepro-PPO)로 번역되며, 이는 약 60-75 kDa의 약 600개 아미노산 번역에 해당합니다. prepro-PPO에는 세 가지 고유한 도메인이 포함되어 있습니다. N 말단 신호 서열, Cu-Cu 부위를 포함하는 촉매 활성 도메인 및 활성 도메인을 차폐하는 C 말단 도메인5,20,21(그림 S1). 신호 서열(~80-100개 아미노산)은 단백질 자체가 절단되는 동안 단백질을 세포 내 목적지로 보냅니다22,23. 틸라코이드막을 가로지르는 전좌 후에 남은 승객 단백질은 일반적으로 45-69 kDa14인 것으로 보고되는 잠재 형태(프로 형태)로 처리됩니다. 각 구리가 활성 도메인에 위치한 3개의 히스티딘 잔기에 의해 개별적으로 조정되는 이핵 구리 중심은 C 말단 도메인에 의해 보호되어 활성 사이트가 후보 기판에 노출되는 것을 효과적으로 방지합니다. C 말단 도메인이 활성 사이트에서 분리되면 대기 시간이 해제됩니다. 시험관 내에서 파괴는 프로테아제(예: 트립신, 단백질분해효소 K)25, 산성 또는 염기성 pH24, 지방산26 및 인공 세제(예: 도데실황산나트륨, SDS)17,27,28,29,30,31에 의해 영향을 받을 수 있습니다. 32,33. 자연적인 단백질 분해 메커니즘은 알려져 있지 않지만, 최근 식물 PPO가 자가 활성화가 가능하여 C 말단 도메인에서 활성 효소를 자가 단백질 분해 방식으로 분리할 수 있다는 것이 보고되었습니다.