ไนทริเลส 1
ตัวระบุ
เครื่องหมาย	เอ็นทีไอที1
ยีน NCBI	4817
เอชจีเอ็นซี	7828
โอเอ็มไอเอ็ม	604618
พีดีบี	3IVZ
ลำดับอ้างอิง	NM_005600
ยูนิโปรท	คิว86x76
ข้อมูลอื่นๆ
ตำแหน่ง	โครโมโซม 1 ไตรมาส
ค้นหา โครงสร้าง แบบจำลองสวิส โดเมน อินเตอร์โปร

เอนไซม์ ไนทริเลส ( ไนไตรล์อะมิโนไฮโดรเลส ; EC 3.5.5.1 ) เร่งปฏิกิริยา ไฮ โดร ไลซิส ของไนไตรล์เป็นกรดคาร์บอกซิลิกและแอมโมเนียโดยไม่มีการสร้างสารตัวกลางอะไมด์ "อิสระ" ^{[ 1 ]}ไนทริเลสมีส่วนเกี่ยวข้องในการสังเคราะห์ผลิตภัณฑ์ธรรมชาติและการดัดแปลงหลังการแปลในพืช สัตว์ เชื้อรา และโปรคาริโอตบางชนิด ไนทริเลสยังสามารถใช้เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาในเคมีอินทรีย์เชิงเตรียมการได้อีกด้วย ไนทริเลสถูกนำมาใช้ในการแยกสารผสมราเซมิก ไนทริเลสไม่ควรสับสนกับไนไตรล์ไฮดราเทส (ไนไตรล์ไฮโดรไลเอส; EC 4.2.1.84 ) ซึ่งไฮโดรไลซิสไนไตรล์เป็นอะไมด์ ไนไตรล์ไฮดราเทสมักจะแสดงออกร่วมกับอะมิเดส ซึ่งเปลี่ยนอะไมด์เป็นกรดคาร์บอกซิลิก ด้วยเหตุนี้ บางครั้งจึงอาจเป็นเรื่องยากที่จะแยกแยะกิจกรรมของไนทริเลสออกจากกิจกรรมของไนไตรล์ไฮดราเทสและอะมิเดส

ไนทริเลสถูกค้นพบครั้งแรกในช่วงต้นทศวรรษ 1960 เนื่องจากความสามารถในการเร่งปฏิกิริยาไฮเดรชั่นของไนไตรล์ ให้กลาย เป็นกรดคาร์บอกซิลิก [ ^{2 ] แม้ว่า}ในขณะนั้นจะทราบกันดีอยู่แล้วว่าไนทริเลสสามารถทำงานได้ด้วย ความจำเพาะของ สารตั้งต้น ที่หลากหลาย ในการผลิตกรดที่สอดคล้องกัน แต่การศึกษาในภายหลังได้รายงานถึงกิจกรรม NHase ( ไนไตรล์ไฮดราเทส ) ครั้งแรกที่แสดงโดยไนทริเลส^{[ 3 ] [ 4 ]}นั่นคือ สารประกอบ อะไมด์สามารถเกิดขึ้นได้จาก การไฮ โดรไลซิส ของไนไตร ล์ การวิจัยเพิ่มเติมได้เปิดเผยเงื่อนไขหลายประการที่ส่งเสริมการก่อตัวของอะไมด์ ซึ่งได้สรุปไว้ด้านล่าง^{[ 4 ]}

• การปลดปล่อยสารตั้งต้นที่จับกับเอนไซม์อย่างรวดเร็วหลังจากการไฮโดรไลซิสของน้ำครั้งแรก ตามด้วยการเติมน้ำครั้งที่สองในภายหลัง
• สภาวะอุณหภูมิต่ำและค่า pH สูงขึ้น สำหรับการเปลี่ยนรูปทางชีวภาพโดยเอนไซม์ไนทริเลสในแบคทีเรียและเชื้อราส่วนใหญ่ ช่วงค่า pH ที่เหมาะสมจะอยู่ระหว่าง 7.0-8.0 และช่วงอุณหภูมิที่เหมาะสมจะอยู่ระหว่าง 30-50 องศาเซลเซียส
• หมู่ดึงอิเล็กตรอนที่ตำแหน่ง ⍺

ด้านล่างนี้คือรายการขั้นตอนที่เกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนสารประกอบไนไตรล์ทั่วไปด้วยไนไตรเลส: ^{[ 4 ]}

1. คาร์บอนอิเล็กโทรฟิลิกของไนไตรล์สามารถถูกโจมตีโดยนิวคลีโอฟิลิกโดยหมู่ SH หนึ่งในสองหมู่บนไนไตรเลส
2. สารไทโออิมิเดตที่เกิดขึ้นจะถูกไฮโดรไลซ์ต่อไปเป็นอะซิลเอนไซม์ และแอมโมเนียจะถูกสร้างขึ้นเป็นผลพลอยได้
3. อะซิลเอนไซม์สามารถเกิดปฏิกิริยาได้ 2 รูปแบบ ขึ้นอยู่กับเงื่อนไขที่กล่าวไว้ข้างต้น:
   • การไฮโดรไลซิสเพิ่มเติมของอะซิลเอนไซม์ด้วยน้ำจะทำให้เกิดกรดคาร์บอกซิลิกและเอนไซม์ที่สร้างขึ้นใหม่
   • อะซิลเอนไซม์จะถูกไฮโดรไลซ์ด้วยแอมโมเนีย ทำให้เอนไซม์ถูกแทนที่และเกิดเป็นผลิตภัณฑ์อะไมด์

ไนทริเลสส่วนใหญ่ประกอบด้วยโพ ลีเปปไทด์เดี่ยวที่มีขนาดตั้งแต่ 32 ถึง 45 kDa ^{[ 7 ]}และโครงสร้างของมันคือ ⍺-β-β-⍺ fold ^{[ 4 ]}รูปแบบที่นิยมของเอนไซม์คือเส้นใยขนาดใหญ่ที่ประกอบด้วยซับยูนิต 6-26 หน่วย[ ^{7 ] ไน}ทริเลสใช้ไตรแอดเร่งปฏิกิริยาLys - Cys - Glu ซึ่งจำเป็นต่อ การทำงาน ของตำแหน่งออกฤทธิ์และเพิ่มประสิทธิภาพการทำงาน^{[ 4 ] [ 7 ]}

โครงสร้างของไนทริเลสที่ไวต่อความร้อนจากP. abyssiประกอบด้วยไดเมอร์สมมาตร 2 เท่า โดยแต่ละซับยูนิตประกอบด้วยเรซิเดิว 262 ตัว^{[ 8 ] [ 9 ]}เช่นเดียวกับไนทริเลสอื่นๆ ในตระกูลไนทริเลส แต่ละซับยูนิตมีโครงสร้างแบบแซนด์วิช ⍺-β-β-⍺ เมื่อซับยูนิตทั้งสองมารวมกันและมีปฏิสัมพันธ์กัน โปรตีนจะสร้างโครงสร้างแบบ 'ซูเปอร์แซนด์วิช' (⍺-β-β-⍺-⍺-β-β-⍺) ^{[ 6 ]}เพื่อให้เกิดไดเมอร์ปลาย Cของแต่ละซับยูนิตจะยื่นออกมาจากแกนกลางและมีปฏิสัมพันธ์กัน ซึ่งส่วนใหญ่เป็นไปได้ด้วยสะพานเกลือที่เกิดขึ้นระหว่าง เรซิเดิว อาร์จินีนและกลูตาเมต^{[ 6 ]}

แม้ว่ากลไกการจับกับสารตั้งต้นไนไตรล์ที่แน่นอนยังคงไม่เป็นที่ทราบแน่ชัด แต่จากการเปรียบเทียบระหว่างลำดับและโครงสร้างกับไนไตรเลสอื่นๆ พบว่าไตรแอดเร่งปฏิกิริยาประกอบด้วย Glu 42, Lys 113 และ Cys 146 ^{[ 6 ] [ 4 ] [ 7 ]}ด้วยความช่วยเหลือของโปรแกรมสร้างแบบจำลองโปรตีน พบว่า Glu 42 เป็นเบส เร่ง ปฏิกิริยาในการกระตุ้นนิวคลีโอไฟล์ (Cys 146) โดยพิจารณาจากระยะทางที่ค่อนข้างสั้นระหว่าง O ใน Glu และ S ใน Cys ในทำนองเดียวกัน Lys 113 ถูกอนุมานว่าเป็นกรด เร่งปฏิกิริยา ที่รับผิดชอบในการถ่ายโอนโปรตอนไปยังสารตั้งต้น^{[ 8 ] [ 10 ]}

ไนทริเลสมีบทบาทสำคัญในปฏิสัมพันธ์ระหว่างพืชและจุลินทรีย์เพื่อการป้องกันการล้างพิษการใช้ไนโตรเจน และการสังเคราะห์ฮอร์โมนพืช^{[ 11 ]}ในพืช มีกลุ่มที่แตกต่างกันสองกลุ่มในแง่ของความจำเพาะของสารตั้งต้น ได้แก่ กลุ่มที่มีกิจกรรมไฮโดรไลซิสสูงต่ออะริลอะซีโตไนไตรล์ และกลุ่มที่มีกิจกรรมสูงต่อβ-ไซยาโน-L- อะ ลานี น NIT1, 2 และ 3 ของ สายพันธุ์ A. thalianaเป็นตัวอย่างของกลุ่มแรกของไนทริเลสในพืช ( อะริลอะซีโตไนไตรเลส ) ซึ่งไฮโดรไลซ์ไนไตรล์ที่ผลิตขึ้นระหว่างการสังเคราะห์หรือการย่อยสลายของไซยาโนเจนิ กไกล โคไซด์และ กลูโคซิโนเลต สารตั้งต้นอะริลซีโตไนไตรล์สำหรับเอนไซม์เหล่านี้ประกอบด้วยฟีนิลโพรพิโอนิไตรล์และผลิตภัณฑ์อื่นๆ ที่เกิดจากการเผาผลาญกลูโคซิโนเลต^{[ 11 ] [ 12 ]}อย่างไรก็ตาม NIT4 จัดอยู่ในกลุ่มที่สองของไนทริเลสในพืชและมีความสำคัญต่อ การล้างพิษ ไซยาไนด์ในพืช^{[ 3 ] [ 11 ] [ 13 ]}

นอกจากนี้ จุลินทรีย์ยังอาจใช้ไนทริเลสเพื่อล้างพิษและดูดซึมไนไตรล์และไซยาไนด์ที่มีอยู่ในสภาพแวดล้อมของพืชได้อีกด้วย^{[ 11 ]}ตัวอย่างเช่น β-cyano- L -alanine nitrilase โดยแบคทีเรียพืชP. fluorescens SBW25 ^{[ 14 ]}แม้ว่าจะไม่ทราบว่าแบคทีเรียพืชชนิดนี้จะพบกับ β-cyano-ʟ-alanine ในระดับที่เป็นพิษในสภาพแวดล้อมทางธรรมชาติหรือไม่ แต่ก็มีการสังเกตพบกิจกรรมของไนทริเลสในพืชที่มีไซยาไนด์ ดังนั้นดูเหมือนว่าไนทริเลสจะเป็นกลไกหลักในการล้างพิษไซยาไนด์แทน β-cyano-ʟ-alanine ^{[ 11 ] [ 14 ]}การประยุกต์ใช้ไนทริเลสโดยแบคทีเรียชนิดอื่นที่ผลิตโดยจุลินทรีย์ที่เกี่ยวข้องกับพืช ได้แก่ การย่อยสลายไนไตรล์ของพืชเพื่อใช้เป็นแหล่งคาร์บอนและไนโตรเจนP. fluorescens EBC191 ไฮโดรไลซ์อะริลอะซีโตไนไตรล์หลายชนิด โดยเฉพาะแมนเดโลไน ไตรล์ ซึ่งทำหน้าที่เป็นกลไกป้องกันสัตว์กินพืช^{[ 11 ] [ 15 ] [ 16 ]}

• Winkler M, Glieder A, Klempier N (มีนาคม 2549). "สารทำให้เอนไซม์คงตัว DTT เร่งปฏิกิริยาไฮโดรไลซิสของไนไตรล์โดยอะนาล็อกของไนไตรเลส" Chemical Communications (12): 1298– 300. doi : 10.1039/B516937B . PMID  16538253 .

• ไนทริเลส ใน หัวข้อทางการ แพทย์ (MeSH) ของหอสมุดแห่งชาติสหรัฐอเมริกา