מקור האנזים הינו מתאי שמר בשם cutaneotrichosporon cutaneum.
האנזים פנול הידרוקסילאז שייך למשפחת האנזימים פלווין (flavin enzymes), המכונים בדרך כלל הידרוקסילאזות ארומטיות. ידוע גם בשם, פנול 2-מונואוקסיגנאז.
פעילותו של אנזים זה נחקרת, בין היתר, כיוון שנעשה בו שימוש נרחב בתעשיה בתהליכי טיהור סביבתים ביולוגיים לפירוק וניטרול של מולקולות פנול, תרכובות אורגניות בעלות מבנה פשוט של טבעת בנזן הקשורה לקבוצת הידרוקסיל OH. האנזים פועל על מגוון רחב של מולקולות פנול ותרכובות ארומטיות אחרות, ומופק בעיקר ממיקרואורגניזמים, כולל חיידקים ופטריות. היכולת של מיקרואורגניזמים אלה לפרק מולקולות פנול הופכת אותם לכלים חשובים בתהליכי טיהור מים, כאשר מנסים להסיר מזהמים אורגניים מהסביבה (הביורמידציה). המקור הבלעדי של מולקולות פנול כמזהמים במים ובקרקע הוא זיהום תעשייתי או זיהום מדלקים. פנול הינו חומר שעלול לגרום לסרטן, בנוסף לכך גורם לבעיות אסתטיות, לטעם ולריח חזקים.
פעילות אנזימתית
האנזים מזרז תגובת אוקסידציה, חמצון, של מולקולות פנול, בה נוספת קבוצת הידרוקסיל-OH למולקולת הפנול, ובכך ממיר אותה לקטכול (cathecol), תהליך שמהווה צעד ראשון חשוב במסלולהביודגרדציה של פנולים. האנזים מבצע תגובת חימצון/חיזור עם חמצן וקו אנזים NADPH. בעזרת שתי מולקולות אלה נוצרת קבוצת הידרוקסיל המתחברת לטבעת הפנול וכך הופכת אותו לקטכול.
תרכובות הקטכול הנוצרות בעקבות האוקסידציה נוטות להיות פחות רעילות ממולקולת הפנול המקורית ויותר מסיסות במים, דבר המקל על הסרתן מהסביבה. בפעילות האנזים מעורב FAD, קו-פקטור הדרוש לאנזים על מנת לזרז את התגובה .
:הראקציה הכימית המזורזת על ידי האנזים פנול הידרוקסילז מופיעה באיור מטה
מהלך התגובה
שמרים החיים בקרקע משתמשים באנזימים המכילים פלבין אדנין דינוקלאוטיד (FAD) להידרוקסילציה של מולקולות פנול. פנול הוא הסובסטרט הטוב ביותר, לפעילות הפנול הידרוקסילאז, אך האנזים מקבל גם מולקולות פנול פשוטות עם הידרוקסי-, אמינו-, הלוגן- או מתיל.
תגובת ההידרוקסלציה מתחילה רצף מטבולי המאפשר את השימוש בתרכובת המתקבלות כמקור פחמן ואנרגיה. מולקולות הקטכול המתקבלות מומרות בתהליכים כימיים לתרכובות אורגניות שונות כגון אצטיל-CoA המשתלבותבמעגל קרבס
מעגל קרבס מהווה ביצורים אווירניים את השלב השני מתוך שלושה בתהליך הנשימה התאית. לפני המעגל מתרחשת הגליקוליזה, התוצר שלה, פירובט, הופך לאצטיל קואנזים A, שמהווה את תחילתו של מעגל קרבס. התוצרים של המעגל הם שתי מולקולות ATP ושני נושאי אלקטרונים - NADH ו-FADH2 העוברים לשלב השלישי והאחרון של (הנשימה התאית), בו הם תורמים את האלקטרונים שלהם לחמצן.
גיבוש החלבון
האנזים פנול הידרוקסילאז, המוצג בערך זה, גובש באופן מלא. בנוסף האנזים גובש יחד עם הקו-פקטור FAD ועם הסובסטרט פנול. מבנה הקריסטל שגובש מספק ראיות לשינוי מבני מתואם באנזים ובקואנזים שלו במהלך הפעילות האנזימתית. החלבון גובש כארבע יחידות. .
תת-היחידה של פנול הידרוקסילאז מורכבת משלושה מתחמים. שני המתחמים הראשונים מהווים את האתר הפעיל וקושרים את הקו-פקטור ,FAD ואת הסובסטראט- הפנול, בעוד המתחם הנוסף (השלישי) בעל תפקיד לא ידוע.
מניתוח מבנה החלבון נמצא כי לאחר קישור הקו-פקטור FAD, חל שינוי משמעותי במבנה החלבון בלולאה הקרובה לאתר הפעיל , ממצב ״פתוח״ למצב ״סגור״. שינוי מבני זה גורם לחשיפת האתר הפעיל ומאפשר גישה לשלושת הסובסטרטים - פנול, NADPH וחמצן, ולחסימת האתר כלפי הממס ובכך מתאפשרת תגובת ההידרוקסילציה.
מקורות מידע
Enroth, C., Neujahr, H., Schneider, G., & Lindqvist, Y. (1998). The crystal structure of phenol hydroxylase in complex with FAD and phenol provides evidence for a concerted conformational change in the enzyme and its cofactor during catalysis. Structure, 6(5), 605-617.
שאלות
<quiz display=simple>
{ בכל שאלה בחרו בתשובה הנכונה.
נתון כי מבנה החלבון הינו שני הומודימרים. מה ניתן ללמוד ממידע זה?
|type="()"}
- החלבון מורכב משתי תתי-יחידות שונות.
+ החלבון מורכב משתי תתי-יחידות זהות, כל אחת מהן מורכבת משתי שרשראות זהות.
- החלבון מורכב משתי תתי-יחידות זהות, כל אחת מהן מורכבת משתי שרשראות שונות.
- החלבון מורכב מארבע שרשראות שונות.
{האנזים מזרז תגובה של:
|type="()"}
- אוקסידציה של קטכול.
+ אוקסידציה של פנול.
- אוקסידציה של הידרוקסיל.
- אוקסידציה של קופקטור FAD.
{התבוננו בסצנה המציגה את הסובסטרט- מולקולת הפנול, כמה אתרי קישור יש למולקולת הפנול בחלבון השלם?
|type="()"}
- יצירת פנולים המשמשים כדלקים בתעשיה.
- זירוז הבשלת פירות.
+ פירוק מזהמים סביבתיים על בסיס פנול.
- זירוז פירוק מזהמים סביבתיים על בסיס מתכות.
</quizz>
<>
Proteopedia Page Contributors and Editors (what is this?)
