מידע כללי

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 פנולים, תרכובות אורגניות בעלות מבנה פשוט של טבעת בנזן הקשורה לקבוצת הידרוקסיל OH. האנזים פועל על מגוון רחב של פנולים ותרכובות ארומטיות אחרות, ומופק בעיקר על ידי מיקרואורגניזמים, כולל חיידקים ופטריות. היכולת של מיקרואורגניזמים אלה לפרק פנולים הופכת אותם לכלים חשובים בתהליכי טיהור מים, כאשר מנסים להסיר מזהמים אורגניים מהסביבה (הביורמידציה). המקור הבלעדי של פנולים 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 פנולים, 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 מהפנול המקורי ויותר מסיסות במים, דבר המקל על הסרתן מהסביבה. בפעילות האנזים מעורב FAD, קו-פקטור הדרוש לאנזים על מנת לזרז את התגובה .

שמרים החיים בקרקע משתמשים באנזימים המכילים פלבין אדנין דינוקלאוטיד (FAD) להידרוקסילציה של פנולים. פנול הוא הסובסטרט הטוב ביותר, לפעילות הפנול הידרוקסילאז, אך האנזים מקבל גם פנולים פשוטים 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 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. .

מבנה החלבון

החלבון מורכב משני כל הומודימר מורכב משתי תתי יחידות זהות, כל תת יחידה מכילה 665 חומצות אמינו. המבנה השניוני של החלבון מכיל מבני b sheet גדולים ומבני helix a.

תת-היחידה של פנול הידרוקסילאז מורכבת משלושה דומיינים. שני הדומיינים הראשונים מהווים את האתר הפעיל וקושרים את הקו-פקטור ,FAD ואת הסובסטרט הפנולי, בעוד הדומיין הנוסף (השלישי) בעל תפקיד לא ידוע.

מיקום אתרים פעילים לקישור פנול: ח.אמינו 55, 290 אתרים פעילים קישור FAD: ח. אמינו 18-19, 43-45, 51-56, 118, 290,358, 368-376

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