Ангилин — фермент биосинтеза изопреноидов¶

Ангилин — это фермент из класса лиаз, катализирующий циклизацию линейного тритерпенового предшественника сквалена в пентациклический углеводород хопен. Ангилин относится к семейству сквален-хопен-циклаз (SHC) и встречается у бактерий, архей и некоторых эукариот. В отличие от большинства ферментов этой группы, ангилин не содержит ионов металлов и не требует кофакторов для проявления активности. Реакция, которую он катализирует, представляет собой один из ключевых этапов биосинтеза хопаноидов — соединений, играющих структурную и функциональную роль в клеточных мембранах ряда микроорганизмов.

¶История изучения

Ангилин был впервые описан в 1980-х годах в ходе исследований биосинтеза стеролов и тритерпеноидов у бактерий. Название фермента происходит от латинского angi (сосуд, оболочка), что отражает его участие в формировании компонентов клеточной мембраны. Первоначально активность сквален-хопен-циклазы была обнаружена у аэробной бактерии Alicyclobacillus acidocaldarius, а затем — у ряда других организмов, включая метаногенные археи и микобактерии. Клонирование гена shc позволило установить аминокислотную последовательность фермента и его структурное родство с оксидосквален-циклазами эукариот.

¶Химическая реакция

Субстратом ангилина служит сквален — линейный углеводород с шестью двойными связями. В ходе реакции происходит:

• протонирование концевой двойной связи сквалена;
• каскад последовательных циклизаций с образованием четырёх колец;
• финальное замыкание пятого кольца и отщепление протона.

Продукт реакции — хопен, который далее может модифицироваться в хопанолы, хопаноиды и бактериохопанполиолы. Реакция сопровождается значительным изменением конформации субстрата: линейная молекула сворачивается в специфическую «chair-boat-chair» конфигурацию, что обеспечивает стереоспецифичность продукта.

¶Структура и механизм

Ангилин представляет собой мономерный белок с молекулярной массой около 70–75 кДа. Его активный центр расположен в гидрофобном кармане, образованном преимущественно ароматическими и алифатическими остатками. Ключевую роль в катализе играют остатки аспарагиновой и глутаминовой кислот, которые стабилизируют промежуточные карбокатионы. В отличие от металлсодержащих циклаз, ангилин использует механизм, основанный исключительно на кислотно-основном катализе.

Согласно современным представлениям, реакция протекает через ряд высокореактивных катионных интермедиатов, каждый из которых стабилизируется за счёт взаимодействия с ароматическими аминокислотными остатками (фенилаланин, тирозин, триптофан). Такая «ароматическая клетка» характерна и для других терпеновых циклаз.

¶Распространение в природе

Ангилин и родственные ему ферменты обнаружены у представителей различных таксономических групп:

У эукариот ангилин встречается реже, поскольку основным продуктом скваленовой циклизации у них является ланостерин, синтезируемый другим ферментом — ланостеринсинтазой.

¶Биологическое значение

Хопаноиды, образующиеся в результате действия ангилина, выполняют несколько функций:

• поддержание структурной целостности клеточных мембран;
• регуляция текучести мембран в экстремальных условиях;
• участие в адаптации к высоким температурам и кислотности.

У микобактерий, включая Mycobacterium tuberculosis, хопаноиды входят в состав клеточной стенки и влияют на её проницаемость для лекарственных препаратов. Это делает ангилин и другие ферменты биосинтеза хопаноидов потенциальными мишенями для разработки новых противотуберкулёзных средств.

¶Применение и перспективы

Исследования ангилина имеют значение для нескольких областей:

• Биотехнология. Ген shc используется для гетерологичной экспрессии хопаноидов в промышленных штаммах микроорганизмов.
• Медицинская химия. Ингибиторы сквален-хопен-циклазы рассматриваются как кандидаты в антибактериальные препараты.
• Эволюционная биология. Сравнение ангилина с эукариотическими циклазами помогает реконструировать ранние этапы эволюции биосинтеза стеролов.

Фермент также служит моделью для изучения механизмов терпеновых циклаз в целом, поскольку его реакция протекает без участия металлов, что упрощает интерпретацию кинетических и структурных данных.

¶См. также

• Сквален
• Хопен
• Терпены
• Ланостерин