Pectinesterază

Pectinesteraza (PE) ( cod CE 3.1.1.11 ) este o enzimă larg răspândită asociată peretelui celular care prezintă mai multe izoforme care contribuie la modificarea și distrugerea ulterioară a peretelui celular al plantei. Se găsește în toate plantele superioare și, de asemenea, în unele bacterii și ciuperci . Pectinesteraza acționează în primul rând prin modificarea pH-ului local al peretelui celular, ceea ce duce la încălcări ale integrității peretelui celular.

Pectinesteraza catalizează deesterificarea de la pectină la pectat și metanol . Pectina este una dintre componentele principale ale peretelui celular al plantei. La plante, pectinesteraza joacă un rol important în metabolismul peretelui celular în timpul coacerii fructelor. În bacteriile patogene ale plantelor, cum ar fi Erwinia carotovora și în agenții patogeni fungici precum Aspergillus niger , pectinesteraza este implicată în macerarea și putrefacția moale a țesutului vegetal. Pectinesterazele vegetale sunt reglate de inhibitori de pectinesterază, care sunt ineficienți împotriva enzimelor microbiene [2] .

Funcția

Studii recente au arătat că manipularea exprimării pectinesterazelor poate influența numeroase procese fiziologice. La plante, pectinesteraza joacă un rol în modularea stabilității mecanice a peretelui celular în timpul coacerii fructelor , alungirea peretelui celular în timpul germinării polenului și creșterea tubului de polen , abscizia , alungirea tulpinii, randamentul tuberculilor și dezvoltarea rădăcinilor. S-a demonstrat, de asemenea, că pectinesteraza joacă un rol în răspunsul plantelor la atacul patogenului. Pectinesteraza de Nicotiana tabacum legată de peretele celular este implicată în recunoașterea receptorului celulei gazdă pentru proteina de mișcare a virusului mozaic de tutun și s-a dovedit că această interacțiune este necesară pentru translocarea virusului de la celulă la celulă.

Acțiunea pectinesterazei asupra componentelor peretelui celular al plantei poate provoca două efecte diametral opuse. Prima este o contribuție la întărirea peretelui celular datorită formării de blocuri de grupări carboxil neesterificate , care pot interacționa cu ionii de calciu, formând un gel pectat. În al doilea rând, eliberarea de protoni poate stimula activitatea hidrolazelor peretelui celular , promovând slăbirea peretelui celular.

Esterificarea pectinei

Pectinele reprezintă aproximativ 35% din greutatea uscată a pereților celulari dicotiledone . Ele sunt polimerizate în cisternele Golgi cis , metilesterificate în cisternele Golgi mediale și sunt deplasate de lanțuri laterale în cisternele trans Golgi. Biochimia pectinei poate fi destul de complexă, dar pentru a spune simplu, coloana vertebrală a pectinei este formată din 3 tipuri de polimeri: homogalacturonan (HGA); ramnogalacturonan I (RGI); ramnogalacturonan II (RGII).

Homogalacturonanul este puternic esterificat de metil la export pe pereții celulari și ulterior deesterificat de pectinesterază și alte enzime pectinice. Pectinesteraza catalizează deesterificarea unităților de acid D-galactosiduronic metil esterificate în compușii pectinei, oferind substraturi pentru enzimele de depolimerizare, în special pectinele acide și metanolul .

Majoritatea pectinesterazelor de plante purificate au puncte izoelectrice neutre sau alcaline și sunt legate de peretele celular prin interacțiuni electrostatice . Cu toate acestea, pectinesterazele pot prezenta punctele izoelectrice acide găsite în fracțiunile solubile ale țesuturilor plantelor. Până de curând, se credea în general că pectinesterazele vegetale elimină esterii metilici treptat, în bloc, rezultând întinderi lungi și continue de reziduuri GalA neesterificate în domeniile homogalacturonan ale pectinei . În mod alternativ, pectinesterazele fungice au fost considerate a avea activitate aleatorie care duce la deesterificarea reziduurilor individuale GalA pe interacțiunile enzimă/substrat. S-a demonstrat acum că unele izoforme de pectinesterază din plante pot prezenta ambele mecanisme și că astfel de mecanisme sunt determinate de modificările pH -ului . pH-ul optim pentru plantele superioare este de obicei între pH 7 și pH 8, deși pH-ul pectinesterazei fungice și bacteriene este de obicei mult mai mic decât această valoare.

Biologie moleculară și biochimie

Proteinele PE sunt sintetizate ca pre-proteine ​​de 540-580 de aminoacizi cu o secvență semnal și o lungime mare amino-terminală de aproximativ 22 kDa . Această extensie terminală este în cele din urmă eliminată, rezultând o proteină matură de 34-37 kDa. Majoritatea PE-urilor nu au secvențe consens pentru N-glicozilare în proteina matură, deși cel puțin un situs este prezent în regiunea de extensie amino-terminală.

Reglarea spațială și temporală a activității pectinesterazei în timpul dezvoltării plantelor se bazează pe o mare familie de izoforme. Recent, secvențierea sistematică a genomului Arabidopsis thaliana a condus la identificarea a 66 de cadre de citire deschise care sunt adnotate ca pectinesteraze, dintre care majoritatea sunt codificate ca pre-proproteine ​​mari. Pre-regiunea peptidei semnal este necesară pentru țintirea enzimei către reticulul endoplasmatic și constă din aproximativ 25 de resturi de aminoacizi. Aceste regiuni N-terminale conțin mai multe situsuri de glicozilare și se crede că aceste situsuri joacă, de asemenea, un rol în țintire.

Se crede că pectinesteraza este secretată în apoplasma de pectină extrem de metilata, deși la un moment dat de-a lungul acestei căi secretoare propeptida N-terminală este scindată. În prezent, rolul pro-regiunii este necunoscut, deși s-a sugerat că poate acționa ca o însoțitoare intramoleculară, oferind o activitate adecvată de pliere sau de inactivare înainte de finalizarea inserției PE în peretele celular.

Recent, s-a acordat o atenție deosebită studiilor moleculare ale pectinesterazei, care au condus la caracterizarea mai multor izoforme înrudite la diferite specii de plante superioare. S-a demonstrat că unele dintre aceste pectinesteraze sunt exprimate în mod omniprezent, în timp ce altele sunt exprimate în mod specific în timpul coacerii fructelor, germinării boabelor de polen sau alungirii tulpinii. Astfel de date sugerează că pectinesterii sunt codificați de o familie de gene care sunt reglementate diferit în funcție de tipul de celulă ca răspuns la semnale specifice de dezvoltare sau de mediu.

Izoforme ale plantelor

La plantele dicotiledonate , au fost identificate mai multe izoforme de pectinesterază, care diferă în greutate moleculară , punct izoelectric și activitate biochimică. Izoformele de pectinesterază sunt codificate de o familie de gene, dintre care unele sunt exprimate constitutiv în întreaga plantă, în timp ce altele sunt exprimate diferit în anumite țesuturi și în diferite stadii de dezvoltare. Izoformele de pectinesterază diferă în diferiți parametri biochimici, cum ar fi greutatea moleculară relativă, punctul izoelectric, pH-ul optim, afinitatea substratului, cererea de ioni și locația.

Structura

Propeptidele pectinesterază N-terminală diferă ca mărime și secvență și prezintă un nivel scăzut de identitate de aminoacizi. Pe de altă parte, regiunea catalitică C-terminală este foarte conservată și este o enzimă matură. Prima structură tridimensională rezolvată pentru pectinesteraza vegetală a fost pentru o izoformă din rădăcina morcovului ( Daucus carota ) și constă dintr-un helix β paralel drept, așa cum se vede în întreaga familie de carbohidrați esterazelor CE-8 , un domeniu transmembranar , și o despicatură de legare a pectinei [3] . În mod similar, mai multe structuri de pectinesterază au fost elucidate în ciuperci și E. coli și au cele mai multe dintre motivele structurale observate la plante.

Pectinesterazele procariote și eucariote au mai multe zone de asemănare de secvență. Structura cristalină a pectinesterazei Erwinia chrysanthemi a relevat o structură beta-helix similară cu cea a enzimelor pectinolitice, deși diferă de majoritatea structurilor esterazelor [4] . Reziduurile catalitice presupuse se află în aceeași locație cu locul activ și fisura de legare a substratului a pectat-liazei.

Note

1. ↑ Fries, M.; Ihrig, J.; Brocklehurst, K.; Shevchik, V.E.; Pickersgill, RW (2007). „Baza moleculară a activității fitopatogenului pectin metilesterazei” . Jurnalul EMBO . 26 (17): 3879-3887. doi : 10.1038/sj.emboj.7601816 . PMC2000356  . _ PMID  17717531 .
2. ↑ „Baza structurală pentru interacțiunea dintre pectin-metilesteraza și o proteină inhibitoare specifică”. Celula vegetală . 17 (3): 849-858. 2005. DOI : 10.1105/tpc.104.028886 . PMID  15722470 .
3. ↑ PDB 1GQ8 ; „Structura cristalină a pectin-metilesterazei vegetale”. FEBS Lett . 514 (2-3): 243-9. martie 2002. DOI : 10.1016/S0014-5793(02)02372-4 . PMID  11943159 .
4. ↑ PDB 1QJV ; „Structura tridimensională a pectinei metilesterazei Erwinia chrysanthemi dezvăluie un nou sit activ al esterazei.” J. Mol. biol . 305 (4): 951-960. 2001. doi : 10.1006/jmbi.2000.4324 . PMID  11162105 .

Link -uri

• MeSH pectinesterază