Бактериальные биокатализаторы: молекулярная биология, трехмерные структуры и биотехнологическое применение липаз

Бактерии продуцируют и секретируют липазы, способные катализировать как гидролиз, так и синтез длинноцепочечных ацилглицеринов. Эти реакции обычно протекают с высокой региоселективностью и энантиоселективностью; поэтому липазы стали чрезвычайно важными стереоселективными биокатализаторами, применяемыми в органической химии. Для получения этих биокатализаторов в высоких количествах необходимо понимать механизмы, лежащие в основе экспрессии генов, фолдинга и секреции. Транскрипция генов липаз может регулироваться посредством чувства кворума и двухкомпонентных систем; секреция может осуществляться либо через Sec-зависимый общий секреторный путь, либо с помощью ABC-транспортеров. Кроме того, некоторым липазам для достижения конформации, компетентной для секреции, необходимы катализаторы фолдинга, такие как специфичные для липаз фолдазы и белки, формирующие дисульфидные связи. Трехмерные структуры бактериальных липаз были определены для выяснения каталитического механизма липазных реакций. К структурным характеристикам относятся укладка α/β-гидролазы; каталитическая триада, включающая нуклеофильный серин, расположенный в высококонсервативном пентапептиде Gly-X-Ser-X-Gly; а также остаток аспартата или глутамата, образующий водородную связь с гистидином. Для триглицеридов были идентифицированы четыре кармана связывания субстрата: оксианионная ямка и три кармана, в которых размещаются жирные кислоты, связанные в положениях sn-1, sn-2 и sn-3. Различия в размерах и гидрофильности или гидрофобности этих карманов определяют энантиопредпочтение липазы. Понимание взаимосвязей между структурой и функцией позволит исследователям конструировать новые липазы для биотехнологического применения. В то же время направленная эволюция в сочетании с подходящими системами скрининга будет широко использоваться как новый подход к разработке липаз с высокой стабильностью и энантиоселективностью.