Prof. Giorgio Sartor
Biotrasformazione dei
composti aromatici
Copyright © 2001-2015 by Giorgio Sartor.
Versione 5.0.2 – jun 2015
All rights reserved.
Cosa consultare:
• KEGG – Metabolism of xenobiotics
– http://www.genome.jp/kegg/pathway.html#xenobiotics
• BRENDA – The Comprehensive Enzyme
Information System
– http://www.brenda-enzymes.info
• The University of Minnesota Biocatalysis/Biodegradation Database
– http://umbbd.msi.umn.edu/
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F07 - I - Biotrasformazione dei composti aromatici
-2-
1
Il metabolismo di un composto aromatico
può avere due obiettivi:
1. Rendere più solubile un composto aromatico
per facilitarne l’escrezione:
– Inserimento di un gruppo OH via ossidasi;
– Inserimento di due gruppi OH attraverso la formazione
di un diolo ciclico via diossigenasi;
2. Apertura dell’anello aromatico per utilizzare il
composto nel metabolismo ossidativo:
– Inserimento di un gruppo OH via ossidasi;
– Inserimento di due gruppi OH attraverso la formazione
di un diolo ciclico via diossigenasi;
– Riossidazione del diolo ad aromatico via deidrogenasi;
– Apertura l’anello aromatico;
– Metabolismo ossidativo dei prodotti.
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F07 - I - Biotrasformazione dei composti aromatici
-3-
CYP450
C
OH
N
N
Fe(III)
N
H
+
.
N
OH
O
N
N
Fe(IV)
+
N
N
.
N
Fe(III)
H
N
N
N
O
N
N
Fe(III)
N
OH
H2O
δ+
O
O δ-
O
N
N
N
N
H
N
F07 - I - Biotrasformazione dei composti aromatici
O
N
Fe(III)
N
+
H
N
Fe(III)
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.
H
H
HO
N
+
N
N
Fe(III)
N
N
-4-
2
Intermedi
• Nella degradazione dei composti aromatici si formano
diversi intermedi a secondo dei prodotti di partenza;
• La successiva degradazione degli intermedi porta
all’apertura dell’anello aromatico.
Acido
protocatecuico
OH
Catecolo
OH
OH
Acido gentisico
Idrossichinolo
COOH
HO
OH
OH
OH
OH
HO
COOH
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-5-
Catecolo
NO2
a
a
OH
a
e
e
a
a
COOH
OH
OH
a
e
O
a
O
i
e
• L’apertura dell’anello può avvenire attraverso una rottura
intradiolo o extradiolo;
• Le reazioni a utilizzano una (di)ossigenasi non-eme (Rieske).
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-6-
3
Protocatecuato / 3,4-diidrossibenzoato
Alcool vanillico
OH
Acido tereftalico
COOH
Acido ftalico
COOH
COOH
OMe
OH
COOH
a
COOH
COOH
COOH
OH
OH
OH
Acido
4-idrossibenzoico
OH
Acido protocatecuico
Acido 3,4-diidrossibenzoico
i
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e
Acido
3-idrossibenzoico
e
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-7-
Acido gentisico
Acido
3-idrossibenzoico
COOH
Acido salicilico
COOH
OH
Acido antranilico
COOH
NH2
OH
Acido gentisico
COOH
OH
HO
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-8-
4
Idrossichinolo
2-clorofenolo
2,4-diclorofenolo
OH
Cl
HO
OH
OH
HO
p-nitrofenolo
Cl
Cl
HO
COOH
Acido
4-idrossisalicilico
NO2
HO
OH
OH
Idrossichinolo
OH
Resorcinolo
i
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Mandelato
Naftalene
O
Toluene
HO
O
CH3
O
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Fenantrene
HO
NH2
Triptofano
N
H
O
O
O
O
O
OH
O
Benzoato
NH2
Antranilato
NH2
Salicilato
OH
O
OH
Anilina
O
Cinnamato
OH
Catecolo
Benzene
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Fenolo
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- 10 -
5
Da salicilato a catecolo
O
NAD+ + CO2
NADH + O2
O
OH
OH
OH
salicilato monoossigenasi
EC 1.14.13.1
salicilato
catecolo
• Il meccanismo ipotizzato prevede la formazione di un ochinone intermedio che viene ridotto a fenolo in maniera non
enzimatica da una seconda molecola di NADH. La
stechiometrica NADH:salicilato:ossigeno è 2:1:1
• L’enzima catalizza la formazione di catecolo da substrati
diversi (o-nitro-, o-amino-, o-iodo-, o-bromo- and o-clorofenol
derivati) attraverso la rimozione del sostituente in orto.
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- 11 -
O
OH
O
O
OH
O
O
O
CH3
p-cresolo
O
O
Cl
O
HO
OH
4-clorobenzoato
4-idrossibenzoato
HO
Cicloesano
carbossilato
OH
OH
O
O
HO
O
Quinato
O
OH
O
O
3-idrossibenzoato
O
O
OH
OH
O
OH
O
O
OH
Benzoato
Shikimato
3,4-diidrossibenzoato
Vanillato
O
OH
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CH3
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- 12 -
6
Composti aromatici
•
•
•
•
•
Benzene, naftalene e fenantrene (IPA)
Fluorene e derivati
Bifenile
Ftalati
Benzoato
– idrossilazione
– coniugazione con CoA
http://www.kegg.jp/kegg/pathway.html#xenobiotics
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Composti aromatici
• Benzene, naftalene e fenantrene (IPA)
• Fluorene e derivati
Origine: Naturale (vulcani, incendi), umana
•(industria
Bifenile chimica, fumi di sigaretta e
•scarichi
Ftalatiautomobili).
•Tossicità:
Benzoatol’esposizione agli IPA provoca
effetti
sul midollo osseo (leucemia, anemia,
– idrossilazione
ecc.).
Sono
possibilicon
carcinogenici.
– coniugazione
CoA
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- 14 -
7
Mandelato
O
Toluene
HO
O
CH3
O
Naftalene
Fenantrene
HO
NH2
Triptofano
N
H
O
O
O
O
O
OH
O
Benzoato
NH2
Antranilato
NH2
Salicilato
OH
O
OH
Anilina
O
Cinnamato
OH
Catecolo
Benzene
Fenolo
http://www.kegg.jp/kegg/pathway.html#xenobiotics
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8
http://www.kegg.jp/kegg/pathway.html#xenobiotics
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F07 - I - Biotrasformazione dei composti aromatici
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Come metabolizzare un anello aromatico
• Il meccanismo per rendere più solubile un
composto aromatico consiste nell’inserire uno
o più gruppi idrofili.
• Per gli aromatici una delle vie è quella di
inserire due gruppi –OH attraverso due
reazioni successive:
– La formazione di un diolo ciclico per azione di un
riducente e di O2
• Agisce una diossigenasi
– La riossidazione del diolo ad aromatico
• Agisce una deidrogenasi
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F07 - I - Biotrasformazione dei composti aromatici
- 18 -
9
Da benzene a catecolo
NADH + O2 + H+
NAD+
NADH + H+
NAD+
OH
OH
OH
benzene 1,2diossigenasi
EC 1.14.12.3
benzene
•
cis-1,2-diidrobenezendiolo
OH
cis-1,2-diidrobenzene-1,2-diolo
deidrogenasi
EC 1.3.1.19
catecolo
EC 1.14.13.3
– Un sistema contenete una reduttasi costituita da una flavoproteina ferrozolfo, una ossigenasi ferro-zolfo e ferredossina.
– Richiede Fe2+.
– Gibson, D.T., Koch, J.R. and Kallio, R.E. Oxidative degradation of
aromatic hydrocarbons by microorganisms. I. Enzymatic formation of
catechol from benzene. Biochemistry 7 (1968) 2653-2662.
•
EC 1.3.1.19
– Axcell, B.C. and Geary, P.J. The metabolism of benzene by bacteria.
Purification and some properties of the enzyme
cis-1,2-dihydroxycyclohexa-3,5-diene (nicotinamide adenine
dinucleotide) oxidoreductase (cis-benzene glycol dehydrogenase).
Biochem. J. 136 (1973) 927-934.
gs © 2001-2015 ver 5.0.2
F07 - I - Biotrasformazione dei composti aromatici
- 19 -
Da naftalene e fenantrene a 1,2-diidrossinaftalene
NADH + O2 + H+
NAD+
NAD+
NADH + H+
OH
OH
OH
naftalene 1,2diossigenasi
EC 1.14.12.12
naftalene
NADH + O2 + H+ NAD+
cis-1,2-diidrossi1,2-diidronaftalene
OH
NAD+
HO
OH
cis-1,2-diidro-1,2-diidrossinaftalene
deidrogenasi
EC 1.3.1.29
1,2-diidrossinaftalene
OH
NADH + H+
HO
3,4-diidrossifenantrene
fenantrene
NAD+ + CO2
cis-3,4-diidrofenantrene3,4-diol deidrogenasi
cis-3,4-diidrossiEC 1.3.1.49.3,4-diidrofenantrene
diossigenasi
EC 1.13.11.-
diossigenasi
EC 1.13.11.-
O2
OH
O
O
cis-4-(1'-idrossinaft-2'-il)2-ossobuten-3-ato
O
OH
O
NADH + O2
O
H2O
O
piruvato
epimerasi
EC 5.1.2.-
2-idrossi-2H-benzo
cromenecarbossilato
aldeide-liasi
EC 4.1.2.-
O
H 3C
O
OH
NAD+ + O2
H
NADH + H+
OH
O
1-idrossi-2-naftaldeide
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salicilato
1-monossigenasi
EC 1.14.13.1
O
O
O
aldeide-ossidoreduttasi
EC 1.2.1.-
F07 - I - Biotrasformazione dei composti aromatici
1-idrossi-2-naftoato
- 20 -
10
Da naftalene e fenantrene a 1,2-diidrossinaftalene
NADH + O2 + H+
NAD+
NAD+
NADH + H+
OH
OH
OH
naftalene 1,2diossigenasi
EC 1.14.12.12
naftalene
NADH + O2 +
H+
NAD+
cis-1,2-diidrossi1,2-diidronaftalene
OH
NAD+
HO
OH
cis-1,2-diidro-1,2-diidrossinaftalene
deidrogenasi
EC 1.3.1.29
1,2-diidrossinaftalene
OH
NADH + H+
HO
3,4-diidrossifenantrene
NAD+ + CO2
cis-3,4-diidrofenantrene3,4-diol deidrogenasi
cis-3,4-diidrossiEC 1.3.1.49.3,4-diidrofenantrene
diossigenasi
EC 1.13.11.-
fenantrene
diossigenasi
EC 1.13.11.-
O2
OH
O
O
cis-4-(1'-idrossinaft-2'-il)2-ossobuten-3-ato
OH
O
NADH + O2
O
H2O
2-idrossi-2H-benzo
cromenecarbossilato
aldeide-liasi
EC 4.1.2.-
O
piruvato
O
epimerasi
EC 5.1.2.-
salicilato
1-monossigenasi
EC 1.14.13.1
O
O
H 3C
OH
O
NAD+ + O2
H
NADH + H+
OH
O
O
O
aldeide-ossidoreduttasi
EC 1.2.1.-
1-idrossi-2-naftaldeide
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1-idrossi-2-naftoato
F07 - I - Biotrasformazione dei composti aromatici
- 21 -
Da naftalene e fenantrene a 1,2-diidrossinaftalene
NADH + O2 + H+
NAD+
NAD+
NADH + H+
OH
OH
OH
naftalene 1,2diossigenasi
EC 1.14.12.12
naftalene
NADH + O2 + H+ NAD+
cis-1,2-diidrossi1,2-diidronaftalene
OH
NAD+
HO
OH
cis-1,2-diidro-1,2-diidrossinaftalene
deidrogenasi
EC 1.3.1.29
1,2-diidrossinaftalene
OH
NADH + H+
HO
3,4-diidrossifenantrene
fenantrene
NAD+ + CO2
cis-3,4-diidrofenantrene3,4-diol deidrogenasi
cis-3,4-diidrossiEC 1.3.1.49.3,4-diidrofenantrene
diossigenasi
EC 1.13.11.-
diossigenasi
EC 1.13.11.-
O2
OH
O
O
cis-4-(1'-idrossinaft-2'-il)2-ossobuten-3-ato
O
OH
O
NADH + O2
O
H2O
O
piruvato
epimerasi
EC 5.1.2.-
2-idrossi-2H-benzo
cromenecarbossilato
aldeide-liasi
EC 4.1.2.-
O
H 3C
O
OH
NAD+ + O2
H
NADH + H+
OH
O
1-idrossi-2-naftaldeide
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salicilato
1-monossigenasi
EC 1.14.13.1
O
O
O
aldeide-ossidoreduttasi
EC 1.2.1.-
F07 - I - Biotrasformazione dei composti aromatici
1-idrossi-2-naftoato
- 22 -
11
Da naftalene e fenantrene a 1,2-diidrossinaftalene
NADH + O2 + H+
NAD+
NAD+
NADH + H+
OH
OH
OH
naftalene 1,2diossigenasi
EC 1.14.12.12
naftalene
NADH + O2 + H+NAD+
cis-1,2-diidrossi1,2-diidronaftalene
OH
cis-1,2-diidro-1,2-diidrossinaftalene
deidrogenasi
EC 1.3.1.29
1,2-diidrossinaftalene
OH
OH
NAD+
HO
NADH + H+
HO
3,4-diidrossifenantrene
fenantrene
NAD+ + CO2
cis-3,4-diidrofenantrene3,4-diol deidrogenasi
cis-3,4-diidrossiEC 1.3.1.49.3,4-diidrofenantrene
diossigenasi
EC 1.13.11.-
diossigenasi
EC 1.13.11.-
O2
OH
O
O
cis-4-(1'-idrossinaft-2'-il)2-ossobuten-3-ato
O
OH
O
NADH + O2
O
H2O
O
piruvato
epimerasi
EC 5.1.2.-
salicilato
1-monossigenasi
EC 1.14.13.1
O
2-idrossi-2H-benzo
cromenecarbossilato
aldeide-liasi
EC 4.1.2.-
O
H3C
O
OH
NAD+ + O2
H
NADH + H+
OH
O
1-idrossi-2-naftaldeide
O
O
aldeide-ossidoreduttasi
EC 1.2.1.1-idrossi-2-naftoato
gs © 2001-2015 ver 5.0.2
F07 - I - Biotrasformazione dei composti aromatici
- 23 -
gs © 2001-2015 ver 5.0.2
F07 - I - Biotrasformazione dei composti aromatici
- 24 -
12
gs © 2001-2015 ver 5.0.2
F07 - I - Biotrasformazione dei composti aromatici
- 25 -
Naftalene 1,2-diossigenasi - EC 1.14.12.12
•
•
•
•
Un esamero α3β 3
Da PSEUDOMONAS PUTIDA
Espresso in ESCHERICHIA COLI
Strutture: 1EG9; 1NDO;
1O7G;H;M;N;P;W;
•
Referenze
Subunità β
Fe++OH2
Indolo nel
sito attivo
– Ensley, B.D. and Gibson, D.T.
Naphthalene dioxygenase:
purification and properties of a
terminal oxygenase component.
J. Bacteriol. 155 (1983) 505-511.
– Jeffrey, A.M., Yeh, H.J.C., Jerina,
D.M., Patel, T.R., Davey, J.F. and
Gibson, D.T. Initial reactions in
the oxidation of naphthalene by
Pseudomonas putida.
Biochemistry 14 (1975) 575-584.
Fe2S2
Subunità α
1EG9
gs © 2001-2015 ver 5.0.2
F07 - I - Biotrasformazione dei composti aromatici
- 26 -
13
Naftalene 1,2-diossigenasi - EC 1.14.12.12
Subunità β
Fe2S2
Fe++
Naftalene nel sito attivo
Subunità α
1O7G
gs © 2001-2015 ver 5.0.2
F07 - I - Biotrasformazione dei composti aromatici
- 27 -
Naftalene 1,2-diossigenasi - EC 1.14.12.12
Residui di istidina
Fe++OH2
Residui di istidina
Residui di serina
Fe2S2
Indolo nel sito attivo
1EG9
gs © 2001-2015 ver 5.0.2
F07 - I - Biotrasformazione dei composti aromatici
- 28 -
14
Naftalene 1,2-diossigenasi - EC 1.14.12.12
Subunità β 3
Subunità α3
Fe2S2
gs © 2001-2015 ver 5.0.2
1NDO
F07 - I - Biotrasformazione dei composti aromatici
- 29 -
Naftalene 1,2-diossigenasi - EC 1.14.12.12
Subunità β 3
Subunità α3
Cavità del sito attivo
nella subunità α adiacente
gs © 2001-2015 ver 5.0.2
Fe2S2 in una subunità α
F07 - I - Biotrasformazione dei composti aromatici
1NDO
- 30 -
15
Naftalene 1,2-diossigenasi - EC 1.14.12.12
Subunità β 3
Subunità α3
Cavità del sito attivo
nella subunità α adiacente
gs © 2001-2015 ver 5.0.2
Fe2S2 in una subunità α
1NDO
F07 - I - Biotrasformazione dei composti aromatici
- 31 -
Da naftalene e fenantrene a 1,2-diidrossinaftalene
NADH + O2 + H+
NAD+
NAD+
NADH + H+
OH
OH
OH
naftalene 1,2diossigenasi
EC 1.14.12.12
naftalene
NADH + O2 + H+NAD+
cis-1,2-diidrossi1,2-diidronaftalene
OH
NAD+
HO
OH
cis-1,2-diidro-1,2-diidrossinaftalene
deidrogenasi
EC 1.3.1.29
1,2-diidrossinaftalene
NADH + H+
OH
HO
3,4-diidrossifenantrene
fenantrene
NAD+ + CO2
cis-3,4-diidrofenantrene3,4-diol deidrogenasi
cis-3,4-diidrossiEC 1.3.1.49.3,4-diidrofenantrene
diossigenasi
EC 1.13.11.-
diossigenasi
EC 1.13.11.-
O2
OH
O
O
cis-4-(1'-idrossinaft-2'-il)2-ossobuten-3-ato
O
OH
O
NADH + O2
O
H2O
O
piruvato
epimerasi
EC 5.1.2.-
2-idrossi-2H-benzo
cromenecarbossilato
aldeide-liasi
EC 5.1.2.-
O
H 3C
O
OH
NAD+ + O2
H
NADH + H+
OH
O
1-idrossi-2-naftaldeide
gs © 2001-2015 ver 5.0.2
salicilato
1-monossigenasi
EC 1.14.13.1
O
O
O
aldeide-ossidoreduttasi
EC 1.2.1.-
F07 - I - Biotrasformazione dei composti aromatici
1-idrossi-2-naftoato
- 32 -
16
Da naftalene e fenantrene a 1,2-diidrossinaftalene
NADH + O2 + H+
NAD+
NAD+
NADH + H+
OH
OH
OH
naftalene 1,2diossigenasi
EC 1.14.12.12
naftalene
NADH + O2 +
cis-1,2-diidrossi1,2-diidronaftalene
OH
H+
NAD+
NAD+
HO
OH
cis-1,2-diidro-1,2-diidrossinaftalene
deidrogenasi
1,2-diidrossinaftalene
EC 1.3.1.29
NADH + H+
OH
HO
3,4-diidrossifenantrene
NAD+ + CO2
cis-3,4-diidrofenantrene3,4-diol deidrogenasi
cis-3,4-diidrossiEC 1.3.1.49.3,4-diidrofenantrene
diossigenasi
EC 1.13.11.-
fenantrene
diossigenasi
EC 1.13.11.-
O2
OH
O
O
cis-4-(1'-idrossinaft-2'-il)2-ossobuten-3-ato
OH
O
NADH + O2
O
H2O
2-idrossi-2H-benzo
cromenecarbossilato
aldeide-liasi
EC 4.1.2.-
O
piruvato
O
epimerasi
EC 5.1.2.-
salicilato
1-monossigenasi
EC 1.14.13.1
O
O
H 3C
OH
O
NAD+ + O2
H
NADH + H+
OH
O
O
O
aldeide-ossidoreduttasi
EC 1.2.1.-
1-idrossi-2-naftaldeide
gs © 2001-2015 ver 5.0.2
1-idrossi-2-naftoato
F07 - I - Biotrasformazione dei composti aromatici
- 33 -
Da naftalene e fenantrene a 1,2-diidrossinaftalene
NADH + O2 + H+
NAD+
NAD+
NADH + H+
OH
OH
OH
naftalene 1,2diossigenasi
EC 1.14.12.12
naftalene
NADH + O2 + H+NAD+
cis-1,2-diidrossi1,2-diidronaftalene
OH
NAD+
HO
OH
cis-1,2-diidro-1,2-diidrossinaftalene
deidrogenasi
EC 1.3.1.29
1,2-diidrossinaftalene
NADH + H+
OH
HO
3,4-diidrossifenantrene
fenantrene
NAD+ + CO2
cis-3,4-diidrofenantrene3,4-diol deidrogenasi
cis-3,4-diidrossiEC 1.3.1.49.3,4-diidrofenantrene
diossigenasi
EC 1.13.11.-
diossigenasi
EC 1.13.11.-
O2
OH
O
O
cis-4-(1'-idrossinaft-2'-il)2-ossobuten-3-ato
O
OH
O
NADH + O2
O
H2O
O
piruvato
epimerasi
EC 5.1.2.-
2-idrossi-2H-benzo
cromenecarbossilato
aldeide-liasi
EC 4.1.2.-
O
H 3C
O
OH
NAD+ + O2
H
NADH + H+
OH
O
1-idrossi-2-naftaldeide
gs © 2001-2015 ver 5.0.2
salicilato
1-monossigenasi
EC 1.14.13.1
O
O
O
aldeide-ossidoreduttasi
EC 1.2.1.-
F07 - I - Biotrasformazione dei composti aromatici
1-idrossi-2-naftoato
- 34 -
17
Apertura extradiolo
O
O
O
N-His
H
Fe(II)
N-His
O
O
O
O-Glu
O
N-His
O
N-His
Fe(II)
Fe(II)
O
N-His
O
A-Enz
N-His
O-Glu
O-Glu
H
O
OHO
O
N-His
Fe(II)
O
N-His
O
OH
O-Glu
O
gs © 2001-2015 ver 5.0.2
F07 - I - Biotrasformazione dei composti aromatici
- 35 -
Apertura intradiolo
Tyr
HO
O
O-Tyr
Fe(II)
O
N-His
O
Tyr
HO
O
O-Tyr
O
N-His
OH
Fe(III)
N-His
N-His
N-His
O
O
O
O
OHO
Otyr
Fe(III)
N-His
O
O
gs © 2001-2015 ver 5.0.2
Fe(III)
O
N-His
O
Otyr
O
O
N-His
F07 - I - Biotrasformazione dei composti aromatici
- 36 -
18
Da naftalene e fenantrene a 1,2-diidrossinaftalene
NADH + O2 + H+
NAD+
NAD+
NADH + H+
OH
OH
OH
naftalene 1,2diossigenasi
EC 1.14.12.12
naftalene
NADH + O2 +
cis-1,2-diidrossi1,2-diidronaftalene
OH
H+
NAD+
NAD+
HO
OH
cis-1,2-diidro-1,2-diidrossinaftalene
deidrogenasi
EC 1.3.1.29
1,2-diidrossinaftalene
OH
NADH + H+
HO
3,4-diidrossifenantrene
NAD+ + CO2
cis-3,4-diidrofenantrene3,4-diol deidrogenasi
cis-3,4-diidrossiEC 1.3.1.49.3,4-diidrofenantrene
diossigenasi
EC 1.13.11.-
fenantrene
diossigenasi
EC 1.13.11.-
O2
OH
O
O
cis-4-(1'-idrossinaft-2'-il)2-ossobuten-3-ato
OH
O
NADH + O2
O
H2O
2-idrossi-2H-benzo
cromenecarbossilato
aldeide-liasi
EC 4.1.2.-
O
piruvato
O
epimerasi
EC 5.1.2.-
salicilato
1-monossigenasi
EC 1.14.13.1
O
O
H 3C
OH
O
NAD+ + O2
H
NADH + H+
OH
O
O
O
aldeide-ossidoreduttasi
EC 1.2.1.-
1-idrossi-2-naftaldeide
gs © 2001-2015 ver 5.0.2
1-idrossi-2-naftoato
F07 - I - Biotrasformazione dei composti aromatici
- 37 -
Da naftalene e fenantrene a 1,2-diidrossinaftalene
NADH + O2 + H+
NAD+
NAD+
NADH + H+
OH
OH
OH
naftalene 1,2diossigenasi
EC 1.14.12.12
naftalene
NADH + O2 + H+
NAD+
cis-1,2-diidrossi1,2-diidronaftalene
OH
NAD+
HO
OH
cis-1,2-diidro-1,2-diidrossinaftalene
deidrogenasi
EC 1.3.1.29
1,2-diidrossinaftalene
NADH + H+
OH
HO
3,4-diidrossifenantrene
fenantrene
NAD+ + CO2
cis-3,4-diidrofenantrene3,4-diol deidrogenasi
cis-3,4-diidrossiEC 1.3.1.49.3,4-diidrofenantrene
diossigenasi
EC 1.13.11.-
diossigenasi
EC 1.13.11.-
O2
OH
O
O
cis-4-(1'-idrossinaft-2'-il)2-ossobuten-3-ato
O
OH
O
NADH + O2
O
H2O
O
piruvato
epimerasi
EC 5.1.2.-
2-idrossi-2H-benzo
cromenecarbossilato
aldeide-liasi
EC 4.1.2.-
O
H 3C
O
OH
NAD+ + O2
H
NADH + H+
OH
O
1-idrossi-2-naftaldeide
gs © 2001-2015 ver 5.0.2
salicilato
1-monossigenasi
EC 1.14.13.1
O
O
O
aldeide-ossidoreduttasi
EC 1.2.1.-
F07 - I - Biotrasformazione dei composti aromatici
1-idrossi-2-naftoato
- 38 -
19
CYP450
C
OH
N
N
Fe(III)
N
H
+
.
N
OH
O
N
N
Fe(IV)
+
N
N
.
N
Fe(III)
H
N
N
N
O
N
N
Fe(III)
N
+
.
H2O
N
H
H
OH
HO
δ+
O
O δ-
O
N
N
N
Fe(III)
N
H
N
O
N
Fe(III)
N
gs © 2001-2015 ver 5.0.2
+
H
N
N
Fe(III)
N
N
N
F07 - I - Biotrasformazione dei composti aromatici
- 39 -
Epossidazione del fenantrene
fenantrene9,10-ossido
trans-9(S)-,10(S)diidrodiolofenantrene
9-fenantrolo
H2O
O
NADH +
O2 + H+
idrolasi
EC 3.3.2.-
OH
OH
OH
NAD+
O
fenantrene
fenantrene1,2-ossido
monoossigenasi
EC 1.14.13.-
R
CH3
R
OH
1-fenantrolo
gs © 2001-2015 ver 5.0.2
O
CH3
metiltransferasi
EC 2.1.1.-
F07 - I - Biotrasformazione dei composti aromatici
1-metossifenantrene
- 40 -
20
Degradazione dell’idrossinaftalene
NAD+ + CO2
OH
NADH + O2
OH
O
OH
O
1,2-diidrossinaftalene
1-idrossi-2-naftoato
salicilato monoossigenasi
EC 1.14.13.1
O2
O2
diossigenasi
EC 1.13.11.-
1-idrossi-2-naftoato
1,2-diossigenasi
EC 1.13.11.38
O
O
2-idrossicromene2-carbossilato
O
O
O
2-idrossicromene-2carbossilato isomerasi
O
O
H2O
4-(2-carbossifenil)-2-ossobuta
n-3-enoato aldolasi
EC 4.1.2.34
OH
trans-o-idrossibenziliden
piruvato
O
OH O
O
O
OH
H2O
OH
O
liasi
EC 4.2.1.-
O
OH
piruvato
OH
O
O
piruvato H C
3
O
H3C
H
H
O
OH
NAD+
NAD+ + H2O
+ H2O
2-carbossibenzaldeide
deidrogenasi
EC 1.2.1.-
NADH + H+
salicilaldeide
O
NADH + H+
O
salicilaldeide deidrogenasi
EC 1.2.1.65
O
O
OH
ftalato
O
salicilato
O
gs © 2001-2015 ver 5.0.2
F07 - I - Biotrasformazione dei composti aromatici
- 41 -
Degradazione dell’idrossinaftalene
NAD+ + CO2
OH
NADH + O2
OH
O
OH
O
1,2-diidrossinaftalene
1-idrossi-2-naftoato
salicilato monoossigenasi
EC 1.14.13.1
O2
O2
diossigenasi
EC 1.13.11.-
1-idrossi-2-naftoato
1,2-diossigenasi
EC 1.13.11.38
O
O
2-idrossicromene2-carbossilato
O
O
O
2-idrossicromene-2carbossilato isomerasi
O
4-(2-carbossifenil)-2-ossobuta
n-3-enoato aldolasi
EC 4.1.2.34
O
H3C
O
liasi
EC 4.2.1.-
O
H2 O
O
OH
piruvato H C
3
O
OH
trans-o-idrossibenziliden
piruvato
H2 O
O
OH O
OH
piruvato
O
O
OH
O
OH
H
H
O
OH
NAD+ + H2O
NAD+ + H2O
NADH + H+
salicilaldeide
O
salicilaldeide deidrogenasi
EC 1.2.1.65
NADH + H+
O
2-carbossibenzaldeide
deidrogenasi
EC 1.2.1.-
O
O
OH
O
ftalato
salicilato
O
gs © 2001-2015 ver 5.0.2
F07 - I - Biotrasformazione dei composti aromatici
- 42 -
21
Degradazione dell’idrossinaftalene
NAD+ + CO2
OH
NADH + O2
OH
O
OH
O
1,2-diidrossinaftalene
1-idrossi-2-naftoato
salicilato monoossigenasi
EC 1.14.13.1
O2
O2
diossigenasi
EC 1.13.11.-
1-idrossi-2-naftoato
1,2-diossigenasi
EC 1.13.11.38
O
O
2-idrossicromene2-carbossilato
O
O
O
2-idrossicromene-2carbossilato isomerasi
O
O
O
OH
piruvato
OH
O
O
OH
O
H3C
liasi
EC 4.2.1.-
O
H2O
4-(2-carbossifenil)-2-ossobuta
n-3-enoato aldolasi
EC 4.1.2.34
O
OH
piruvato H C
3
O
OH
trans-o-idrossibenziliden
piruvato
H2O
O
OH O
H
H
O
OH
NAD+ + H2O
NAD+ + H2O
NADH + H+
salicilaldeide
O
salicilaldeide deidrogenasi
EC 1.2.1.65
NADH + H+
O
2-carbossibenzaldeide
deidrogenasi
EC 1.2.1.O
O
OH
O
ftalato
salicilato
O
gs © 2001-2015 ver 5.0.2
F07 - I - Biotrasformazione dei composti aromatici
- 43 -
Da salicilato a catecolo
O
NADH + O2
O
NAD+ + CO2
OH
OH
OH
salicilato monoossigenasi
EC 1.14.13.1
salicilato
catecolo
• Il meccanismo ipotizzato prevede la formazione di un ochinone intermedio che viene ridotto a fenolo in maniera non
enzimatica da una seconda molecola di NADH. La
stechiometrica NADH:salicilato:ossigeno è 2:1:1
• L’enzima catalizza la formazione di catecolo da substrati
diversi (o-nitro-, o-amino-, o-iodo-, o-bromo- and o-clorofenol
derivati) attraverso la rimozione del sostituente in orto.
gs © 2001-2015 ver 5.0.2
F07 - I - Biotrasformazione dei composti aromatici
- 44 -
22
p-idrossibenzoato idrolasi - EC 1.14.13.2
p-idrossibenzoato
FAD
1IUU
gs © 2001-2015 ver 5.0.2
F07 - I - Biotrasformazione dei composti aromatici
- 45 -
Composti aromatici
• Benzene, naftalene e fenantrene
• Fluorene e derivati
•Origine:
Bifenilefumi da combustione di
fossili e rifiuti (PVC). I
•combustibili
Ftalati
loro
derivati
• Benzoato clorurati sono stati
usati come defolianti
– idrossilazione
Tossicità: irritanti per la pelle, gli
– coniugazione
con CoA Hanno
occhi,
il sistema respiratorio.
proprietà mutageniche. Provocano il
cancro. Mimano gli ormoni. Esistono
i loro derivati clorurati usati come
defolianti, ancora più tossici. Non
esiste una dose di sicurezza.
gs © 2001-2015 ver 5.0.2
F07 - I - Biotrasformazione dei composti aromatici
fluorene
O
dibenzofurano
O
dibenzodiossina
O
- 46 -
23
Composti aromatici
• Benzene, naftalene e fenantrene
• Fluorene e derivati
•Il C
Bifenile
9-H è leggermente acido (pKa =
in DMSO)
•22.6
Ftalati
•LaBenzoato
deprotonazione dà origine
fluorene
O
dibenzofurano
O
all’anione
stabile C13H9−, aromatico,
– idrossilazione
colorato
e fluorescente.
– coniugazione
con CoA
dibenzodiossina
O
L’anione è nucleofilo e regisce
dando addizione elettrofila in C9
gs © 2001-2015 ver 5.0.2
F07 - I - Biotrasformazione dei composti aromatici
- 47 -
Degradazione ossidativa del fluorene
OH
H
OH
H
(+)-(3S,4R)-cis-3,4diidrossi-3,4-diidrofluorene
NAD+
diossigenasi
EC 1.14.12.12
OH
Specifica per gli IPA
NADH + O2 + H+
9-fluorenolo
OH
diossigenasi
EC 1.14.12.12
3,4-diidrossifluorene
fluorene
O2 + 2H+
O
O2
NADH + H+
H2O
NAD+
OH
OH
2-indanone
1-indanone
O
4-idrossi-9-fluorenone
O
O
O
O
O
O
OH
O
O
OH
3-idrossi1-indanone
OH
3-(2-idrossifenil)
propionato
O
O
salicilato
dibenzofurano
OH
OH
O
dibenzo-p-diossina
gs © 2001-2015 ver 5.0.2
Degradazione del
benzoato
via idrossilazione
catecolo
F07 - I - Biotrasformazione dei composti aromatici
- 48 -
24
Degradazione ossidativa del fluorene - I
OH
H
OH
H
(+)-(3S,4R)-cis-3,4diidrossi-3,4-diidrofluoren
NAD+
diossigenasi
EC 1.14.12.12
OH
Specifica per gli IPA
9-fluorenolo
NADH + O2 + H+
diossigenasi
EC 1.14.12.12
OH
3,4-diidrossifluorene
fluorene
O2 + 2H+
NADH + H+
O2 +
H+
O2
H 2O
OH
NAD+
1,2-diidrossifluorene
ossigenasi
EC 1.13.11.-
NAD+
fluorene-9-olo
deidrogenasi
EC 1.1.1.256
OH
NADH
+ H+
OH
ossigenasi
EC 1.13.11.-
O2 + H +
acido 2-idrossi-4-(1-osso1,3-diidro-2-indene2-ilidene)butan-2-oico
O
HO
O
OH
OH
O
O
OH
gs © 2001-2015 ver 5.0.2
acido 2-idrossi-2-(1-osso1,3-diidro-2-indene1-ilidene)butan-2-oico
O
9-fluorenone
F07 - I - Biotrasformazione dei composti aromatici
- 49 -
Degradazione ossidativa del fluorene - II
acido 2-idrossi-4-(1-osso1,3-diidro-2-indene2-ilidene)butan-2-oico
acido 2-idrossi-2-(1-osso1,3-diidro-2-indene1-ilidene)butan-2-oico
O
HO
OH
O
9-fluorenone
OH
O
O
OH
O
H 2O
O
9-fluorenone
diossigenasi
EC 1.14.12.-
O
O
H 3C
NADH
+ O2
H 2O
O
H 3C
OH
NAD+
OH
OH
OH
O
2-formil1-indanone
O
O
1-formil2-indanone
3,4-diidrossi-3,4diidro-9-fluorenone
O
O
H2O
H2O
H 2O
CO2 + 2H+ + 2 e-
CO2 + 2H+ + 2 e-
OH
O
O
1-indanone
gs © 2001-2015 ver 5.0.2
2-indanone
F07 - I - Biotrasformazione dei composti aromatici
O
4-idrossi-9-fluorenone
- 50 -
25
Degradazione ossidativa del fluorene - III
O
1-indanone
O
NADPH + O2 + H+
indanone
diossigenasi
EC 1.14.12.-
NADP+
3-idrossi1-indanone
2-indanone
NADPH + O2 + H+
NAD(P)H
+ O2 + H+
indanone
diossigenasi
EC 1.14.12.-
NADP+
NAD(P)+
O
O
3-isocromanone
O
O
3,4-diidrocumarina
O
diidrocoumarina
idrolasi
EC 3.1.1.35
OH
CO2
salicilato
O
β-ossidazione
O
O
3-(2-idrossifenil)
propionato
OH
O
OH
ATP + NAD+
+ CoASH +
H2O + FAD
O
AMP + NADH
+ AcetilCoA +
H+ + FADH2
NADH + O2
dibenzofurano
saliciliato monossigenasi EC 1.14.13.1
NAD+ + CO2 + H2O
O
OH
O
OH
Degradazione del
benzoato
via idrossilazione
dibenzo-p-diossina
catecolo
gs © 2001-2015 ver 5.0.2
F07 - I - Biotrasformazione dei composti aromatici
- 51 -
Degradazione di dibenzofurano e dibenzo-p-diossina
dibenzofurano
dibenzo-p-diossina
O
2-idrossipenta2,4-dienoato CO2
O
NADH + O2 + H+
O
diossigenasi
EC 1.14.12.-
H2 O
CH2
NAD+
OH
O
-ossalocrotoanto
O
O
NADH + O2 + H+
O
O
decarbossilasi
EC 4.1.1.77
O
O
OH
diossigenasi
EC 1.14.12.NAD+
isomerasi
EC 5.3.3.-
HO
2,2',3-triidrossi
bifenile
OH
2,2',3-triidrossi
difeniletere
O
OH
OH
diossigenasi
EC 1.13.11.-
2-idrossi
muconato
OH
O
2-idrossi-6-osso-6(2-idrossifenossi)-
O
2,6-diosso-6-fenilesa-3-enoato
idrolasi
EC 3.7.1.8
O
salicilato
1-monoossigenasi
EC 1.14.13.1
OH
NADH + O2
gs © 2001-2015 ver 5.0.2
diossigenasi
EC 1.13.11.-
O esa-2,4-dienoato
O
O
OH
O
salicilato
O2
OH
O
O
OH
O
O
HO
2-idrossi-6-osso-6(2-idrossifenil)esa-2,4-dienoato
HO
O
O
O2
OH
OH
NAD+ + CO2 + H2O
F07 - I - Biotrasformazione dei composti aromatici
Degradazione del
benzoato
via idrossilazione
catecolo
- 52 -
26
Degradazione di dibenzofurano e dibenzo-p-diossina
dibenzofurano
dibenzo-p-diossina
O
2-idrossipenta2,4-dienoato CO2
O
NADH + O2 + H+
O
diossigenasi
EC 1.14.12.-
H2O
CH2
NAD+
OH
decarbossilasi
EC 4.1.1.77
O
-ossalocrotoanto
O
O
NADH + O2 + H+
O
O
O
O
OH
diossigenasi
EC 1.14.12.NAD+
isomerasi
EC 5.3.3.-
HO
2,2',3-triidrossi
bifenile
OH
2,2',3-triidrossi
difeniletere
O
OH
OH
2-idrossi
muconato
O
O
O
diossigenasi
EC 1.13.11.2-idrossi-6-osso-6(2-idrossifenossi)-
O
2,6-diosso-6-fenilesa-3-enoato
idrolasi
EC 3.7.1.8
O esa-2,4-dienoato
O
O
OH
O
salicilato
O2
OH
O
2-idrossi-6-osso-6(2-idrossifenil)esa-2,4-dienoato
OH
O
HO
OH
HO
O
O
O2
diossigenasi
EC 1.13.11.-
O
OH
salicilato
1-monoossigenasi
EC 1.14.13.1
OH
NADH + O2
gs © 2001-2015 ver 5.0.2
OH
NAD+ + CO2 + H2O
Degradazione del
benzoato
via idrossilazione
catecolo
F07 - I - Biotrasformazione dei composti aromatici
- 53 -
2,6-diosso-6-fenilesa-3-enoato idrolasi - EC 3.7.1.8
α8
1C4X
gs © 2001-2015 ver 5.0.2
1J1I
F07 - I - Biotrasformazione dei composti aromatici
- 54 -
27
2,6-diosso-6-fenilesa-3-enoato idrolasi - EC 3.7.1.8
α8
1C4X
gs © 2001-2015 ver 5.0.2
F07 - I - Biotrasformazione dei composti aromatici
- 55 -
Scissione del 2-idrossi-2,4-pentadienoato
O
O
2-idrossi-penta-2,4-dienoato
H 2C
OH
H 2O
2-ossoopenta-4-enoatoidratasi
EC 4.2.1.80
O
O
OH
H 3C
4-idrossi-2-ossovaleranato
O
acetaldeide
piruvato
H
H 3C
O
4-idrossi-2-ossoovaleranato
aldolasi (HOA)
EC:4.1.3.-
O
O
H 3C
O
Metabolismo del
piruvato
gs © 2001-2015 ver 5.0.2
Glicolisi
F07 - I - Biotrasformazione dei composti aromatici
- 56 -
28
Aldolasi EC 4.2.1.13
CH2OPO3--
Prodotto II
Diidrossiacetonfosfato
H
H2 N
H
H
(CH2)4
H
CH2OPO3--
Tyr
(CH2)4
H
Idrolisi della
base di Shiff
O
Legame del
substrato
Enzima libero
CH2OPO3--
O
Complesso
enzima-prodotto con Base
di Shiff protonata
H
Prodotto I
Gliceraldeide-3-fosfato
O
H
Intermedio
enaminico
H
Complesso
enzima-substrato
+
N
HO
H
O
H2O
H
CH2OPO3--
H
gs © 2001-2015 ver 5.0.2
OH
Formazione della
base di Shiff
protonata
H
HO
(CH2)4
H
CH2OPO3--
H
(CH2)4
O
H
Tautomeria e
protonazione
N
..
..
H2N
H
HO
H
CH2OPO3--
H
OH
O
+
N
HO
O
H
H
CH2OPO3 --
H
HO
Lys
HO
CH2OPO3--
O
O
(CH2)4
H
O
H
O
OH
CH2OPO3--
O
Complesso
enzima-substrato con
Base di Shiff protonata
OH
CH2OPO3--
F07 - I - Biotrasformazione dei composti aromatici
- 57 -
Composti aromatici
• Benzene, naftalene e
fenantrene
• Fluorene e derivati
• Bifenile
• Ftalati
• Benzoato
– idrossilazione
– coniugazione con CoA
gs © 2001-2015 ver 5.0.2
F07 - I - Biotrasformazione dei composti aromatici
- 58 -
29
Schema generale – bifenile
gs © 2001-2015 ver 5.0.2
F07 - I - Biotrasformazione dei composti aromatici
- 59 -
Scissione del bifenile
2,3-diidro-2,3diidrossibifenile
bifenile
O2 + NADH
+ H+
NAD+
OH
HO
bifenil 2,3-diossigenasi
EC 1.14.12.18
bifenile 2,3-diolo
NAD+
NADH +
OH
H+
HO
cis-2,3-diidrobifenil2,3-diol deidrogenasi
EC 1.3.1.56
bifenil-2,3-diol
1,2-diossigenasi
EC 1.13.11.39
O2
O
O
O
cis-2-idrossipenta-2,4-dienoato
H2C
gs © 2001-2015 ver 5.0.2
2-idrossi-6-oxo
-6-fenilesa-2,4-dienoato
H2 O
degradazione
del benzoato
O
OH
O
2,6-diosso-6-fenilesa
-3-enoato idrolasi
EC 3.7.1.8
1C4X 1J1I
F07 - I - Biotrasformazione dei composti aromatici
OH
O
O
- 60 -
30
Scissione del p-cimene
CH3
NADH + O2 OH- +
NAD+
HO
NAD+
ossidasi
EC 1.17.99.CH3
H3C
H3C
CH3
p-cimene
alcool p-cumico
NADH
O
H
NAD+
aril-alcool
deidrogenasi
EC 1.1.1.90
1F8F
H3C
NADH
aril-aldeide
deidrogenasi
EC 1.2.1.29
CH3
aldeide p-cumico
O
H3C
O
CH3
p-cumato
NADH + O2
O
CO2
O
OH
H3C
OH
CH3
O
NAD+
O2
O
H3C
idrolasi
EC 3.7.1.-
OH
CH3
O
CH3
O
gs © 2001-2015 ver 5.0.2
O
diossigenasi
EC 1.13.11.-
OH
H3C
CH3
2,3-diidrossi-2,3
-diidro-p-cumato
deidrogenasi
H3C
EC 1.3.1.58
OH
CH3
cis-2,3-diidrossi2,3-diidro-p-cumato
O
OH
O
isobutirrato
O
OH
2,3-diidrossi-p-cumato
H3C
NADH
OH
O
liasi
EC 4.1.1.-
H2O
NAD+
O
O
OH
O
diossigenasi
EC 1.13.11.-
2-idrossi-3-carbossi6-osso-7-metilotta
-2,4-dienoato
2-idrossi-6-osso7-metilotta
-2,4-dienoato
cis-2-idrossipenta-2,4-dienoato
H2C
F07 - I - Biotrasformazione dei composti aromatici
- 61 -
Benzilalcool deidrogenasi
EC 1.1.1.90 (1F8F)
gs © 2001-2015 ver 5.0.2
F07 - I - Biotrasformazione dei composti aromatici
- 62 -
31
Benzilalcool deidrogenasi
EC 1.1.1.90 (1F8F)
gs © 2001-2015 ver 5.0.2
F07 - I - Biotrasformazione dei composti aromatici
- 63 -
Benzilalcool deidrogenasi
EC 1.1.1.90 (1F8F)
Cys
Hys
gs © 2001-2015 ver 5.0.2
F07 - I - Biotrasformazione dei composti aromatici
- 64 -
32
gs © 2001-2015 ver 5.0.2
F07 - I - Biotrasformazione dei composti aromatici
- 65 -
Alcool deidrogenasi - EC 1.1.1.1
• Catalizza la reazione di ossidoriduzione:
H
H
+
H3C
NADH
H
H3C
O
Acetaldeide
R
+
OH
NAD+
Alcol etilico
N
H2N
+
O
H
H
H
H
H3C
O
S
O
H
Zn++
S
H
H3C
H
NAD+
N
NH
gs © 2001-2015 ver 5.0.2
F07 - I - Biotrasformazione dei composti aromatici
- 66 -
33
Scissione del 2-idrossi-2,4-pentadienoato
O
O
2-idrossi-penta-2,4-dienoato
H 2C
OH
H 2O
2-ossoopenta-4-enoatoidratasi
EC 4.2.1.80
O
O
OH
4-idrossi-2-ossovaleranato
H 3C
O
acetaldeide
piruvato
H
H 3C
O
4-idrossi-2-ossoovaleranato
aldolasi (HOA)
EC:4.1.3.-
O
O
H 3C
O
Metabolismo del
piruvato
gs © 2001-2015 ver 5.0.2
Glicolisi
F07 - I - Biotrasformazione dei composti aromatici
- 67 -
Composti aromatici
• Benzene, naftalene e
fenantrene
• Fluorene e derivati
• Bifenile
• Ftalati
• Benzoato
O
– idrossilazione
– coniugazione con CoA
gs © 2001-2015 ver 5.0.2
O
O
O
O
O
O
O
O
O
OH
O
F07 - I - Biotrasformazione dei composti aromatici
O
- 68 -
34
Schema generale
gs © 2001-2015 ver 5.0.2
F07 - I - Biotrasformazione dei composti aromatici
tereftalato
1,2-cis-diidrodiolo
tereftalato
O
NADH + H+ + O2
OH
NAD+
O
OH
HO
O
O O
O
O
ftalato 4,5-diossigenasi
EC 1.14.12.2
O
O
HO
ftalato
NADH +
H+ + O2
tereftalato
1,2-cis-diidrodiol
deidrogenasi
EC 1.3.1.61
O
3,4-diidrossibenzoato
4,5-diidroftalato
tereftalato
4,5-cis-diidrodiol
deidrogenasi
EC 1.3.1.61
O
O
O
4,5-diidrossiftalato
decarbossilasi
EC 4.1.1.55
O
O
O
HO
NAD+
OH
OH
OH
NAD+
NAD+
OH
HO
ftalato
4,5-cis-diidrodiolo
O
OH
NADH + H+ + CO2
tereftalato 1,2-diossigenasi
EC 1.14.12.15
O
- 69 -
OH
NAD+ + H2O
NADH + H+
CO2
NADH + H+ + O2
O
O O
O
O
4,5-diidrossftalato decarbossilasi
EC 4.1.1.55
OH
4-idrossiftalato
gs © 2001-2015 ver 5.0.2
O
3-idrossibenzoato
4-idrossilasi
EC 1.14.13.23
OH
CO2
3-idrossibenzoato
F07 - I - Biotrasformazione dei composti aromatici
- 70 -
35
3,4-diidrossibenzoato a piruvato e ossalacetato
3,4-diidrossibenzoato
O
O
O
O
gallato
O2
4-carbossi-2-idrossi
muconato-semialdeide
OH
OH
H2O
NADH + H+
H2O
O
CH 2
4-carbossi-2-idrossi
cis-cis-muconato
O
O
OH
OH
O
O
O
O
OH
O
O
O
NADPH + H+
O
O
O
diossigenasi
EC 1.13.11.3
NADP+
+ H2O
H
4-carbossi-2-osso4-pentanoato
O
OH
O
O
OH
O
OH
O
3,4-diidrossibenzoato
diossigenasi
(deciclizzante)
EC 1.13.11.8
HO
HO
NAP+
O
O
OH
O
O
O
O
O
2-pirone4,6-dicarbossilato
2-idrossi-2-idropirone4,6-dicarbossilato
HO
H2O
O
CH 3
O
O
O
piruvato
O
O
OH
gs © 2001-2015 ver 5.0.2
O
O
HO
ossalacetato
O
O
O
O
F07 - I - Biotrasformazione dei composti aromatici
- 71 -
4-idrossibenzoato
4-idrossibenzaldeide
3,4-diidrossibenzoato
O
NAD(P)H
O
NAD(P)+
O
4-idrossibenzoato3-monossigenasi
EC 1.14.13.2
EC 1.14.13.33
OH
OH
O
OH
NAD(P)H
NAD(P)+
4-idrossibenzaldeide
deidrogenasi
EC1.2.1.64
benzaldeide
deidrogenasi
(NADP) EC 1.2.1.7
(NAD) EC 1.2.1.28
OH
CO2
O2
OH
O
(R)-4-idrossimandelico
gs © 2001-2015 ver 5.0.2
benzoilformiato
decarbossilasi
EC 4.1.1.7
1MCZ 1BFD
H2O2
O
OH
O
HO
H
O
O
O
mandelato racemasi
EC 5.1.2.2
2MNR 1MRA 1MNS
1DTN 1MDR 1MDL
HO
O
(S)-4-idrossimandelico
F07 - I - Biotrasformazione dei composti aromatici
HO
O
4-idrossibenzoilformiato
- 72 -
36
Benzoato
O
O
Idrossilazione
CoA
Acetoacetil-CoA
acetaldeide e piruvato;
piruvato e ossalacetato;
4-idrossimandelato
Acetil-CoA
gs © 2001-2015 ver 5.0.2
F07 - I - Biotrasformazione dei composti aromatici
- 73 -
Composti aromatici
• Benzene, naftalene e
fenantrene
• Fluorene e derivati
• Bifenile
• Ftalati
• Benzoato
O
O
– idrossilazione
– coniugazione con CoA
gs © 2001-2015 ver 5.0.2
F07 - I - Biotrasformazione dei composti aromatici
- 74 -
37
Schema generale
gs © 2001-2015 ver 5.0.2
F07 - I - Biotrasformazione dei composti aromatici
- 75 -
In sintesi…
benzoato
O
O
O
O
OH
O
O
O
O
OH
OH
catecolo
OH
3,4-diidrossibenzoato
OH
4-idrossibenzoato
O
HO
O
OH
OH
2,3-diidrossi
benzoato
O
CH3
O
3-idrossibenzoato
OH
O
CH3
O
O
O
O
O
3-ossoadipato
O
O
O
O
4-idrossi-2ossopentanoato
O
O
OH
O
4-idrossi4-metil-2-ossoglutarato
O
HO
O
O
O
O
4-carbossi4-idrossi-2-ossoadipato
OH
O
HO
acetaldeide e piruvato
gs © 2001-2015 ver 5.0.2
acetilCoA e succinilCoA
piruvato
F07 - I - Biotrasformazione dei composti aromatici
ossalacetato
O
4-idrossimandelato
- 76 -
38
Ossidazione del benzoato
3-idrossibenzoato 2-monoossigenasi
EC 1.14.99.23
benzoato
2-aminobenzoato
(antranilato)
O
NH2
3-idrossibenzoato
4-monoossigenasi
EC 1.14.13.23
benzoato
diossigenasi
EC 1.14.12.10
NADPH
NH3
OH
NADH + O2
NADH + O2
NAD+ + CO2
NADP+
O
NAD+ + H2O
O
CO2
OH
o-pirocatecoato
decarbossilasi
EC 4.1.1.46
OH
O
3,4-diidrossibenzoato
decarbossilasi
EC 4.1.1.63
OH
OH
2,3-diidrossibenzoato
O
3-idrossibenzoato
NAD(P)+
NH3 + CO2
antranilato
1,2-diossigenasi
EC 1.14.12.1
O2 + H+
antranilato
3-monoossigenasi
EC 1.14.13.35
O
O
NAD(P)H
+ O 2 + H2O
+ H+
O
O
O
3,4-diidrossibenzoato
catecolo
OH
OH
CO2
acetaldeide e piruvato
piruvato e ossalacetato
acetilCoA e succinilCoA
gs © 2001-2015 ver 5.0.2
4-idrossimandelato
F07 - I - Biotrasformazione dei composti aromatici
- 77 -
Degradazione ad acetaldeide e piruvato
O
O
2,3-diidrossibenzoato
OH
OH
OH
catecolo
OH
O2
catecol 2,3-diossigenasi
(deciclizzante)
EC 1.13.11.2
2,3-diidrossibenzoato
3,4-diossigenasi
EC 1.13.11.14 CO2
OH
3-carbossi-2
O
-idrossi
muconato O
semialdeideH
OH
O
NAD+ + H2O
O
O
H
semialdeide
2-idrossimuconica
O
NADH
OH
O
O
2-idrossimuconatosemialdeide idrolasi
EC 3.7.1.9
isomerasi
EC 5.3.3.-
O
cis-2-idrossi2,4-pentadienoato
H
H2O
O
O
H2C
O
O
H2O
O
OH
4-ossalocrotonato
O
O
decarbossilasi H3C
γ-ossalocrotoanto
EC 4.1.1.77
Glicolisi
OH
CO2
O
O
4-idrossi-2ossovaleranato
4-idrossi-2-ossoovaleranato
aldolasi (HOA)
EC:4.1.3.H
O
piruvato
O
2-ossopenta-4-enoato
idratasi
EC 4.2.1.80
O
Metabolismo del
piruvato
H3C
gs © 2001-2015 ver 5.0.2
O
H
aminomuconato-semialdeide
deidrogenasi
EC 1.2.1.32
O
O
H2O
O
O
2-idrossi
muconato
O2
H3C
O
acetaldeide
F07 - I - Biotrasformazione dei composti aromatici
- 78 -
39
Da catecolo a acetilCoA e succinilCoA
O2 + H2O
OH
catecol
1,2-diossigenasi
(deciclizzante)
EC 1.13.11.1
catecolo
O
O
OH
O
O
O
muconolattone
O
O
cis-cis-muconato
4-metilmuconolattone
liasi
EC 5.5.1.1
1MUC 2MUC
3MUC 1F9C 1BKH
3-ossoadipato
O
muconolactone
d-isomerasi
EC 5.3.3.4
1MLI
H2O
O
OH
O
O
O
CoA-S
O
O
3-ossoadipato
enol-lattone
O
3-ossoadipato
enol-lattonasi
EC 3.1.1.24
O
succinil-CoA
O
O
O
3-ossoadipato
CoA-transferasi
EC 2.8.3.6
O
O
acetil-CoA
O
succinato
O
O
CoA-S
O
O
acetil-CoA C-aciltransferasi
EC 2.3.1.16
1AFW 1PXT
O
succinil-CoA
3-ossoadipil-CoA
gs © 2001-2015 ver 5.0.2
F07 - I - Biotrasformazione dei composti aromatici
- 79 -
4-metilmuconolattone liasi
EC 5.5.1.1 (1MUC)
gs © 2001-2015 ver 5.0.2
F07 - I - Biotrasformazione dei composti aromatici
- 80 -
40
4-metilmuconolattone liasi
EC 5.5.1.1 (1MUC)
gs © 2001-2015 ver 5.0.2
F07 - I - Biotrasformazione dei composti aromatici
- 81 -
4-metilmuconolattone liasi
EC 5.5.1.1 (1BKH)
gs © 2001-2015 ver 5.0.2
F07 - I - Biotrasformazione dei composti aromatici
- 82 -
41
Muconolactone δ-isomerasi
EC 5.3.3.4 (1MLI)
gs © 2001-2015 ver 5.0.2
F07 - I - Biotrasformazione dei composti aromatici
- 83 -
In sintesi…
benzoato
O
O
O
O
OH
O
O
O
O
OH
OH
catecolo
OH
3,4-diidrossibenzoato
OH
4-idrossibenzoato
O
HO
O
OH
OH
2,3-diidrossi
benzoato
O
CH3
O
3-idrossibenzoato
OH
O
CH3
O
O
O
O
O
3-ossoadipato
O
O
O
O
4-idrossi-2ossopentanoato
O
O
OH
O
4-idrossi4-metil-2-ossoglutarato
O
HO
O
O
O
O
4-carbossi4-idrossi-2-ossoadipato
OH
O
HO
acetaldeide e piruvato
gs © 2001-2015 ver 5.0.2
acetilCoA e succinilCoA
piruvato
F07 - I - Biotrasformazione dei composti aromatici
ossalacetato
O
4-idrossimandelato
- 84 -
42
Composti aromatici
• Benzene, naftalene e
fenantrene
• Fluorene e derivati
• Bifenile
• Ftalati
• Benzoato
– idrossilazione
– coniugazione con CoA
gs © 2001-2015 ver 5.0.2
O
O
F07 - I - Biotrasformazione dei composti aromatici
- 85 -
Schema generale
gs © 2001-2015 ver 5.0.2
F07 - I - Biotrasformazione dei composti aromatici
- 86 -
43
O
O
O
benzoato
S-CoA
O
O
OH
OH
4-idrossibenzoato
4-idrossibenzoil-CoA
O
CoA
O
O
S
O
S-CoA
S-CoA
H2 N
OH
benzoil-CoA
2-aminobenzoil-CoA
benzilsuccinil-CoA
benzilsuccinato
2-aminobenzoato
succinil-CoA
O
toluene
CoA
OH
OH
acetoacetil-CoA
S
acetil-CoA
O
3-idrossipimeloil-CoA
gs © 2001-2015 ver 5.0.2
F07 - I - Biotrasformazione dei composti aromatici
- 87 -
Composti aromatici
•
•
•
•
•
•
Toluene e xilene
Carbazolo
Stirene
Etilbenzene
Atrazina
Caprolattame
gs © 2001-2015 ver 5.0.2
F07 - I - Biotrasformazione dei composti aromatici
- 88 -
44
Composti aromatici
CH3
•
•
•
•
•
•
Toluene e xilene
Carbazolo
Stirene
Etilbenzene
Atrazina
Caprolattame
CH3
CH3
CH3
H3C
H3C
CH3
gs © 2001-2015 ver 5.0.2
F07 - I - Biotrasformazione dei composti aromatici
- 89 -
gs © 2001-2015 ver 5.0.2
F07 - I - Biotrasformazione dei composti aromatici
- 90 -
45
Schema generale
gs © 2001-2015 ver 5.0.2
F07 - I - Biotrasformazione dei composti aromatici
- 91 -
Ossidazione di toluene e xilene
Degradazione del benzoato
per idrossilazione
CH3
ferredossina-NAD+
reduttasi
EC 1.18.1.3
NAD+
O
OH
Degradazione del benzoato
per legame con AcetilCoA
H
O
O
NADH
toluene
benzoato
ferredossina
Fe3+
Fe2+
o-xilene
NADH
CH3
NAD(P)H
O
O2
H2O
toluene xilene
monoossigenasi
H3C
O
H3C
OH
+ H+
O
O2 + H+
H3C
O
H
o-toluato
NAD(P)+
H
H2O
aril-alcool
deidrogenasi
EC 1.1.1.90
1F8F
O
H3C
NAD+
OH
O2 + H+
H
H3C
H3C
CH3
m-xilene
O
OH
CH3
H3C
O
H2O
benzaldeide
H3C
deidrogenasi
(NADP) EC 1.2.1.7
(NAD) EC 1.2.1.28
m-toluato
O
O
p-toluato
p-xilene
CH3
CH3
R benzilalcool
gs © 2001-2015 ver 5.0.2
CH3
CH3
R bezilaldeide
F07 - I - Biotrasformazione dei composti aromatici
- 92 -
46
Ossidazione del toluene
Degradazione del
benzoato
per idrossilazione
ferredossina-NAD+
reduttasi
EC 1.18.1.3
NAD+
NAPD+
NADH
NADPH
4-idrossibenaldeide
toluene
4-idrossitoluene
CH3
FADH2
FAD
O2 + H +
H2O
CH3
OH
toluene
4-monoossigenasi
ferredossina
Fe3
Fe2
O
H
NAD(P)H
+
+
O2 + H+
OH
H2O
O
O
O2 + H
H2O
OH
4-idrossibenzaldeide 4-idrossibenzoato
deidrogenasi
EC1.2.1.64
benzaldeide
deidrogenasi
(NADP) EC 1.2.1.7
(NAD) EC 1.2.1.28
+
4-cresolo
deidrogenasi
EC 1.17.99.1
gs © 2001-2015 ver 5.0.2
NAD(P)+
F07 - I - Biotrasformazione dei composti aromatici
- 93 -
Da toluene a 3-metilcatecolo
O2 + H+
NADPH
H2O
H2O
O2 + H+
NADP+
CH3
NADP+
NADPH
OH
fenol
2-monoossigenasi
O2 + H+
CH3
toluene
NADPH
2-idrossitoluene
H2O
NADP+
CH3
NADPH
H2O
NADP+
cis-1,2-diidrobenzeneOH
OH
1,2-diol deidrogenasi 3-metilcatecolo
EC 1.3.1.19
toluene-cis-diidrodiolo
toluene
diossigenasi
O2 + H+
NADPH
CH3
OH
OH
CH3
toluene
3-monoossigenasi
gs © 2001-2015 ver 5.0.2
EC
O2 + H+
EC
OH
H2O
NADP+
3-idrossitoluene
O2 + H+
NADPH
H2O
NADP+
F07 - I - Biotrasformazione dei composti aromatici
- 94 -
47
Da o-toluato e m-toluato a 3metilcatecolo
1,2-diidrossi6-metilcicloesa3,5,dienecarbossilato
O
O
O
H3 C
OH
OH
H 3C
O2 + H+
o-toluato
NAD(P)H
O
O
H2O
3
NAD(P)+
O
OH
O
O
diossigenasi
EC 1.14.12.-
OH
OH
OH
CH3
CH3
m-toluato
1,2-diidrossi3-metilcicloesa3,5,dienecarbossilato
gs © 2001-2015 ver 5.0.2
1,2-diidrossi-6-metilcicloesa3,5-dienecarbossilato
deidrogenasi
EC 1.3.1.68
CH
3-metilcatecolo
1,2-diidrossi-3-metilcicloesa3,5-dienecarbossilato
deidrogenasi
EC 1.3.1.59
F07 - I - Biotrasformazione dei composti aromatici
- 95 -
Da p-toluato a 4-metilcatecolo
CH3
Degradazione del
clorobenzoato
O2 + H+
NAD(P)H
O
S
O
O
toluen 4-solfonato
O
O
O2 + H+
NAD(P)H
CH3
p-toluato
gs © 2001-2015 ver 5.0.2
NAD(P)+
HSO3-
H2O
NAD(P)+
diossigenasi
EC 1.14.12.-
H 2O
diossigenasi
EC 1.14.12.-
O
CO2
O
OH
OH
OH
CH3
OH
1,2-diidrossi-4-metilcicloesa3,5-dienecarbossilato
CH3
deidrogenasi
EC 1.3.1.67
4-metilcatecolo
1,2-diidrossi4-metilcicloesa3,5-dienecarbossilato
F07 - I - Biotrasformazione dei composti aromatici
- 96 -
48
Da 3-metilcatecolo a piruvato ed
acetaldeide
O2 + H2O
CH3
O
OH
catecol
2,3-diossigenasi
(deciclizzante)
EC 1.13.11.2
OH
3-metilcatecolo
2-idrossi-6-osso2,4-eptadienoato idrolasi
EC 3.1.1.-
O
O
2-idrossi-penta2,4-dienoato
CH3
O
O
OH
H2C
OH
CH3COO-
2-idrossi-6-ossoepta-2,4-dienoato
H2O
2-ossoopenta-4-enoato
idratasi
EC 4.2.1.80
H
Metabolismo del
piruvato
H3C
O
4-idrossi-2-ossoovaleranato
O
aldolasi (HOA)
OH
EC:4.1.3.-
acetaldeide
+
O
4-idrossi-2ossovaleranato
H3C
O
O
Glicolisi
O
H3C
O
piruvato
gs © 2001-2015 ver 5.0.2
F07 - I - Biotrasformazione dei composti aromatici
- 97 -
Da 4-metilcatecolo a piruvato e propanaldeide
O2 + H2O
OH
catecol
1,2-diossigenasi
(deciclizzante)
EC 1.13.11.1
CH3
O
O
O
OH
O
O
H 3C
O
4-metilmuconolattone
liasi
EC 5.5.1.1
1MUC
O
3-metil-esadienedioato
O
H3C
4-metilmuconolattone
4-metilcatecolo
catecol
2,3-diossigenasi
(deciclizzante)
EC 1.13.11.2
O 2 + H 2O
H2O
O
4-idrossi-2ossoesanoato
H2O
CH 3
O
O
O
O
H
O
OH
2-idrossi-5-metilsemialdeide muconica
O
H 3C
2-idrossi-6-ossoepta
-2,4-dienoato
idrolasi
EC 3.7.1.9
1IUP
OH
2-idrossi-esa2,4-dienoato
2-ossoesa
-4-enoato
idratasi
EC 4.2.1.80
H
Metabolismo
dei glicerolipidi
CH3
O
OH
4-idrossi-2-ossoesanoato
aldolasi (HOA)
EC:4.1.3.-
H3C
O
propanaldeide
O
O
Glicolisi
H 3C
piruvato
gs © 2001-2015 ver 5.0.2
F07 - I - Biotrasformazione dei composti aromatici
O
- 98 -
49
Composti aromatici
•
•
•
•
•
•
Toluene e xilene
Carbazolo
Stirene
Etilbenzene
Atrazina
Caprolattame
gs © 2001-2015 ver 5.0.2
N
H
F07 - I - Biotrasformazione dei composti aromatici
- 99 -
Schema generale
gs © 2001-2015 ver 5.0.2
F07 - I - Biotrasformazione dei composti aromatici
- 100 -
50
Ossidazione e scissione del carbazolo
carbazolo 1,9a-diossigenasi
EC 1.13.11.-
2'-aminobifenil-2,3-diol
1,2-diossigenasi
EC 1.13.11.-
NH2
NH2
O
O
N
O
H
NADH
OH
H3C
NAD+
2'-aminobifenil2,3-diolo
2-ossoopenta-4-enoato
idratasi
EC 4.2.1.80
O
O
OH
HO
O2 + H+
carbazolo
O2 + H+ NADH
OH
2-idrossi-6-osso(2'aminofenil)esa-2,4-dienoato
NAD+
O
O
chetoidrolasi
EC 3.7.1.-
O
H2C
4-idrossi-2ossovaleranato
H2O
OH
O
cis-2-idrossi2,4-pentadienoato
O
NH2
4-idrossi-2-ossoovaleranato
aldolasi (HOA)
EC:4.1.3.Glicolisi
H
2-aminobenzoato
Metabolismo del
piruvato
O
H3C
O
H3C
O
acetaldeide
piruvato
O
gs © 2001-2015 ver 5.0.2
F07 - I - Biotrasformazione dei composti aromatici
O2 + H +
NH3
NADPH
NADP+
- 101 -
2,3-diidrossibenzoato
O
Degradazione del benzoato
via idrossilazione
O
OH
antranilato
3-monoossigenasi
EC 1.14.13.35
O
OH
2-aminobenzoato
(antranilato)
NADPH + O2 +
H2O + H+
antranilato
1,2-diossigenasi
EC 1.14.12.1
CO2
o-pirocatechina
decarbossilasi
EC 4.1.1.46
O
NH2
catecolo
1,2-diossigenasi
EC 1.13.11.1
O
O
O
O
cis-cis-muconato
O2
O2
OH
OH
OH
NADP+
NH3 + CO2
catecolo
catecolo
2,3-diossigenasi O
EC 1.13.11.2
H
O
O
semialdeide
2-idrossimuconica
antranililCoA
CoA-S
antranilato-CoA ligasi
EC 6.2.1.32
CoA-SH
ATP
AMP + PP
2NADH
+ 2H+
O
2NAP+
CoA-S
O
H2O + NH3 + CO2
O
NH2
NH2
antraniloil-CoA
monoossigenasi
EC 1.14.13.40
2-amino-5-ossocicloes1-enecarbonil-CoA
CoA-SH
O
1,4-cicloesandione
Degradazione del benzoato via CoA
gs © 2001-2015 ver 5.0.2
F07 - I - Biotrasformazione dei composti aromatici
- 102 -
51
Scissione del 2-idrossi-2,4-pentadienoato
O
O
2-idrossi-penta-2,4-dienoato
H 2C
OH
H 2O
2-ossoopenta-4-enoatoidratasi
EC 4.2.1.80
O
O
OH
H 3C
4-idrossi-2-ossovaleranato
O
acetaldeide
piruvato
H
H 3C
O
4-idrossi-2-ossoovaleranato
aldolasi (HOA)
EC:4.1.3.-
O
O
H 3C
O
Metabolismo del
piruvato
gs © 2001-2015 ver 5.0.2
Glicolisi
F07 - I - Biotrasformazione dei composti aromatici
- 103 -
Composti aromatici
•
•
•
•
•
•
Toluene e xilene
Carbazolo
Stirene
Etilbenzene
Atrazina
Caprolattame
gs © 2001-2015 ver 5.0.2
CH2
F07 - I - Biotrasformazione dei composti aromatici
- 104 -
52
Schema generale
gs © 2001-2015 ver 5.0.2
F07 - I - Biotrasformazione dei composti aromatici
- 105 -
Ossidazione dello stirene
NADP+
NADPH
FAD
FADH2
O
+ H 2O
stirene monossigenasi
EC 1.14.12.-
CH2
stirene ossido
+ O2 +
H+
CH2
stirene
stirene diossigenasi
EC 1.13.11.-
OH
OH
NADH
gs © 2001-2015 ver 5.0.2
NAD+
F07 - I - Biotrasformazione dei composti aromatici
stirene cis-glicole
- 106 -
53
Da stirene ossido a omogentisato
H
O
O
NADH
NAD+
O
O
H2O
stirene ossido
isomerasi
EC 5.3.99.7
H+
fenilacetaldeide
deidrogenasi
EC 1.2.1.39
stirene ossido
fenilacetaldeide
fenilacetato
NAD(P)H
O2 + H+
monoossigenasi
EC 1.14.13.-
H2O
Degradazione
dell'etilbenzene
NAD(P)+
O
O
NAD(P)+
NAD(P)H
O
O
H2O
O2 + H+
OH
OH
monoossigenasi
EC 1.14.13.-
HO
omogentisato
gs © 2001-2015 ver 5.0.2
2-idrossifenilacetato
F07 - I - Biotrasformazione dei composti aromatici
- 107 -
Scissione dell’omogentisato
O
O
O
O
O
O
maleilacetoacetato
isomerasi
EC 5.2.1.2
1FW1
O2
OH
O
HO
omogentisato
omogentisato
1,2-diossigenasi
EC 1.13.11.5
O
O
GSR
GSH
O
O
O
O
4-maleilacetoacetato
fumaroilacetoacetato
fumaroilacetoacetato
idrolasi
EC 3.7.1.2
H2O
1QCO
O
H3 C
O
Ciclo di Krebs
fumarato
gs © 2001-2015 ver 5.0.2
O
+
O
O
O
O
Metabolismo del
propanoato
O
acetoacetato
F07 - I - Biotrasformazione dei composti aromatici
- 108 -
54
Maleilacetoacetato isomerasi - EC 5.2.1.2
1FW1
gs © 2001-2015 ver 5.0.2
F07 - I - Biotrasformazione dei composti aromatici
- 109 -
Scissione dell’omogentisato
O
O
O
O
O
O
O2
OH
maleilacetoacetato
isomerasi
EC 5.2.1.2
1FW1
O
HO
omogentisato
omogentisato
1,2-diossigenasi
EC 1.13.11.5
O
O
GSH
GSR
O
O
O
O
4-maleilacetoacetato
fumaroilacetoacetato
fumaroilacetoacetato
idrolasi
EC 3.7.1.2
H 2O
1QCO
O
H 3C
O
Ciclo di Krebs
fumarato
gs © 2001-2015 ver 5.0.2
O
+
O
O
O
O
Metabolismo del
propanoato
O
acetoacetato
F07 - I - Biotrasformazione dei composti aromatici
- 110 -
55
Fumaroilacetoacetato idrolasi
EC 3.7.1.2 (1QCO)
gs © 2001-2015 ver 5.0.2
F07 - I - Biotrasformazione dei composti aromatici
- 111 -
Da stirene cis-glicole a lattato, piruvato ed
acetaldeide
CH 2
CH2
NADH + H+
NAD+
OH
OH
stirene cis-glicole
O2
O
OH
cis-1,2-diidrobenzene1,2-diol deidrogenasi
EC 1.3.1.19
Metabolismo del
piruvato
H 3C
O
H3C
piruvato
lattoil-CoA
deidratasi
EC 4.2.1.54
O
O
2-ossoopenta
-4-enoato
H2C
O idratasi
EC 4.2.1.80
H 2O
4-idrossi-2ossovaleranato
O
O
CH 3
CoA
O
CoA-SH
propionato
CoA-transferasi
EC 2.8.3.1
CoA
O
gs © 2001-2015 ver 5.0.2
lattoilCoA
O
O
OH
H2O
OH
2-idrossi-penta2,4-dienoato
+
O
O
H2C
O
CH 2
O
CH3COO-
lattato
H2O
OH
O
OH
2-idrossi-6-ossoepta
-2,4-dienoato
idrolasi
EC 3.7.1.9
1IUP
O
+
CH3
2-idrossi-6-ossoocta-2,4,7-trienoato
4-idrossi-2-ossoovaleranato
aldolasi (HOA)
O
EC:4.1.3.-
H 3C
O
OH
H
acetaldeide
Glicolisi
CH2
O
catecolo
2,3-diossigenasi
EC 1.13.11.2
3-vinilcatecolo
OH
acrililCoA
AcetilCoA
glutaconato
CoA-transferasi
EC 2.3.8.12
F07 - I - Biotrasformazione dei composti aromatici
acrilato
- 112 -
56
2-idrossi-6-ossoepta-2,4-dienoatoidrolasi
EC 3.7.1.9 (1IUP)
gs © 2001-2015 ver 5.0.2
F07 - I - Biotrasformazione dei composti aromatici
- 113 -
Composti aromatici
•
•
•
•
•
•
Toluene e xilene
Carbazolo
Stirene
Etilbenzene
Atrazina
Caprolattame
gs © 2001-2015 ver 5.0.2
CH3
F07 - I - Biotrasformazione dei composti aromatici
- 114 -
57
Ossidazione dell’etilbenzene - I
CH3
NAD+
H3C
HO
NADH + H+
O2
OH
diossigenasi
EC 1.14.12.-
OH
cis-2,3-diidrossi2,3-diidroetilbenezene
CH3
O2
diossigenasi
EC 1.14.12.12
etilbenzene
1-feniletanolo
NAD+
NAD+
deidrogenasi
EC 1.3.1.66
diossigenasi
EC 1.14.12.12
diossigenasi
EC 1.14.12.12
NADH + H+
NADH + H+
2 H+
CH2
H3C
O
CH3
OH
OH
stirene
2,3-diidrossi-etilbenzene
gs © 2001-2015 ver 5.0.2
acetofenone
F07 - I - Biotrasformazione dei composti aromatici
- 115 -
Ossidazione dell’etilbenzene - II
O
H 3C
CH3
OH
OH
CO2
O2
O
diossigenasi
EC 1.13.11.-
OH
diossigenasi
EC 1.14.12.12
O2
O
CH3
O
acetofenone
acetofenone
carbossilasi
EC 6.4.1.-
benzoilacetato
O
HO
O
OH
OH
2-idrossi-6-osso-octa-2,4-dienoato
CoA-S
H
H2 O
chetoidrolasi
EC 3.7.1.-
O
O
OH
2-idrossi-2,4-pentadienoato
gs © 2001-2015 ver 5.0.2
SCoA
2-irossiacetofenone
H
O
+
HO
CH2
ligasi
EC 6.2.1.-
benzoil acetilCoA tiolasi
EC 2.3.1.-
O
HO
Acetil-CoA
CH3
Benzoil-CoA
propanoato
F07 - I - Biotrasformazione dei composti aromatici
- 116 -
58
Schema generale
gs © 2001-2015 ver 5.0.2
F07 - I - Biotrasformazione dei composti aromatici
- 117 -
Composti aromatici
•
•
•
•
•
•
Toluene e xilene
Carbazolo
Stirene
Etilbenzene
Atrazina
Caprolattame
gs © 2001-2015 ver 5.0.2
Cl
N
H3 C
N
H
N
N
CH3
N
H
CH3
F07 - I - Biotrasformazione dei composti aromatici
- 118 -
59
Schema generale
gs © 2001-2015 ver 5.0.2
F07 - I - Biotrasformazione dei composti aromatici
- 119 -
Formazione di acido cianurico
Cl
N
H3C
N
N
H
N
atrazina cloroidrolasi
EC 3.8.1.8
CH3
1/2 O2
H3 C
N
H
CH3
N
H
N
N
H
N-isopropilammelide
N
deisopropilatrazina
H3C
NH2
N
N
CH3
N
N
H
N
H2 O
H3 C
idrolasi
EC 3.8.1.OH
N
N
H
H2 O
CH3
OH
H2O
N
NH2
deisoproplidrossiatrazina
gs © 2001-2015 ver 5.0.2
NH3
deisopropilidrossi H3C
atrazina aminoidrolasi
EC 3.5.99.-
N
H
H3 C
NH2
etilamina
N
N
NH2
isopropilamina
2,4-diidrossi-6-(N'-etil)amino
-1,3,5-triazina
N
N
N-isopropilammelide
isopropilaminoidrolasi
EC 3.5.99.4
OH
H2 O
H3 C
etilamina
NH2
H3 C
Cl
N
HCl
CH3
H2 O
OH
CH3
acetone
H3C
H3 C
N
idrossidecloroatrazina
etilaminoidrolasi
EC 3.5.99.3
atrazina monossigenasi
EC 1.14.15.-
O
4-(etilamino)-2-idrossi
-6-(isopropiylamino)
-1,3,5-triazina
OH
CH3
N
N
H
HCl
H2 O
atrazina
OH
N
OH
2,4-diidrossi-6
-(N'-etil)amino
-1,3,5-triazina
aminoidrolasi
EC 3.5.99.-
F07 - I - Biotrasformazione dei composti aromatici
HO
N
N
OH
acid cianurico
- 120 -
60
Via ossidativa
H
acetaldeide
Cl
1/2 O2
atrazina
N
H3C
N
H
N
H
atrazina
monossigenasi
EC 1.14.15.-
O
CH3
H2 N
acetaldeide
H
Cl
acetone
N
H3C
N
atrazina
monossigenasi
EC 1.14.15.-
CH 3
N
N
CH 3
N
H
CH3
dietilatrazina
1/2 O2
H3 C
Cl
O
CH3
N
N
H3C
N
H
H 3C
1/2 O2
N
NH2
atrazina
monossigenasi
EC 1.14.15.-
deisopropilatrazina
O
H 3C
CH3
acetone
Cl
O
N
N
1/2 O2
atrazina
monossigenasi
EC 1.14.15.-
N
H 2N
N
deisopropildietilatrazina
NH2
H2O
NH3
s-triazina idrolasi
EC 3.8.1.-
Cl
N
N
2-cloro-4-idrossi-6-amino-1,3,5-triazina
N
HO
gs © 2001-2015 ver 5.0.2
NH2
F07 - I - Biotrasformazione dei composti aromatici
- 121 -
Destino dell’acido cianurico
OH
N
HO
H2O
H2O
CO2
NH2
N
N
OH
acid cianurico
acido cianurico
aminoidrolasi
EC 3.5.2.15
O
CO2
NH3
O
NH2
N
H
O
biureto
biureto
aminoidrolasi
EC 3.5.1.84
H2 N
NH2
urea
H2 O
biureto
aminoidrolasi
EC 3.5.1.84
H2 O
ureasi
EC 3.5.1.5
1EF2 1EJW
NH3
O
urea-3-carbossilato
(allofanato)
H2N
NH3
allofanato
aminoidrolasi
EC 3.5.1.54
NH
CO2
HO
O
H2O
gs © 2001-2015 ver 5.0.2
F07 - I - Biotrasformazione dei composti aromatici
NH3
- 122 -
61
Ureasi EC 3.5.1.15
O rganismo
Subunità
Urea pla sma urea lyticum
?
Glycine max
?
Bre viba cte rium
?
Ca na valia ensifo rmis
?
He lico bacter pylori
?
Myco ba cte rium
?
Kle bsie lla a ero ge nes
10
Morus a lba
2
Sta phyloco ccus
12
Urea pla sma urea lyticum
6
Spirulina maxima
6
Methylo philus
6
He lico bacter pylori
6
ba cte rium strain SL100
6
Urea pla sma urea lyticum
5
Ba cillus pa steurii
4
Brevibacterium
gs © 2001-2015 ver 5.0.2
3
Organismo
Peso Molecolare
(Kda)
Helic obac ter pylori
Helic obac ter pylori
Helic obac ter mustelae
Helic obac ter
Helic obac ter felis
Glyc ine max
Staphyloc oc c us
Staphyloc oc c us xylosus
Ureaplasma urealytic um
Lac tobac illus animalis
Glyc ine max
Art hrobac ter oxydans
Spirulina maxima
Bac illus pasteurii
Klebsiella aerogenes
Lac tobac illus fermentum
Lac tobac illus reuteri
Brevibac terium
Strept oc oc c us mitior
Methylophilus
Rhodobac ter c apsulatus
Myc obac terium
Rhodobac ter c apsulatus
Morus alba
Lac tobac illus ruminis
Strept oc oc c us salivarius
Bos taurus
Bos taurus
Bos taurus
600
484
484
484
484
480
420
410
380
350
280
242
232
230
224
220
220
215
200
190
185
185
180
175
150
140
135
130
125
F07 - I - Biotrasformazione dei composti aromatici
- 123 -
Ureasi EC 3.5.1.15 1EF2
gs © 2001-2015 ver 5.0.2
F07 - I - Biotrasformazione dei composti aromatici
- 124 -
62
Ureasi EC 3.5.1.15 1EF2
gs © 2001-2015 ver 5.0.2
F07 - I - Biotrasformazione dei composti aromatici
- 125 -
Ureasi EC 3.5.1.15 1EF2
gs © 2001-2015 ver 5.0.2
F07 - I - Biotrasformazione dei composti aromatici
- 126 -
63
Ureasi EC 3.5.1.15 1EF2
gs © 2001-2015 ver 5.0.2
F07 - I - Biotrasformazione dei composti aromatici
- 127 -
Ureasi EC 3.5.1.15 1EF2
gs © 2001-2015 ver 5.0.2
F07 - I - Biotrasformazione dei composti aromatici
- 128 -
64
Ureasi EC 3.5.1.15 1EJW (298K)
gs © 2001-2015 ver 5.0.2
F07 - I - Biotrasformazione dei composti aromatici
- 129 -
Ureasi EC 3.5.1.15 1EJW
gs © 2001-2015 ver 5.0.2
F07 - I - Biotrasformazione dei composti aromatici
- 130 -
65
Ureasi EC 3.5.1.15 1EJW
gs © 2001-2015 ver 5.0.2
F07 - I - Biotrasformazione dei composti aromatici
- 131 -
Composti aromatici
•
•
•
•
•
•
Toluene e xilene
Carbazolo
Stirene
Etilbenzene
Atrazina
Cicloesanolo e caprolattame
gs © 2001-2015 ver 5.0.2
F07 - I - Biotrasformazione dei composti aromatici
O
OH
H
N
- 132 -
66
Schema generale
gs © 2001-2015 ver 5.0.2
F07 - I - Biotrasformazione dei composti aromatici
- 133 -
Da cicloesanolo e cicloesandiolo a adipato
semiladeide
OH
NAD+
OH
OH
cicloesanone
cicloesanolo
NADH
trans cicloesan-1,2-diolo
O
NAD+
cicloesanone
monoossigenasi
EC 1.14.13.22
cicloesanolo deidrogenasi
O2
EC 1.1.1.245
aril-alcool deidrogenasi
NADPH
EC 1.1.1.90
1F8F
NADH
O
2-idrossicicloesan1-one
OH
NADP+
NAD+
O
H2O
cicloesano
-1,2-diolo
deidrogenasi
EC 1.1.1.174
O
NADH
NADPH
O2
NADP+
6-esanolide
O
O
H2O
lattonoidrolasi
EC 3.1.1.17
chetoidrolasi
EC 3.7.1.-
H2O
NADP+
NADPH
O
O
H
HO
O
O
6-idrossiesanoato
gs © 2001-2015 ver 5.0.2
alcool deidrogenasi
EC 1.1.1.2
F07 - I - Biotrasformazione dei composti aromatici
O
adipato semialdeide
- 134 -
67
Da ε-caprolattame ad adipato
O
H
N
6-aminoesanoato
cicloaminoidrolasi
EC 3.5.2.-
O
H2N
e-caprolattame
O
O
H2O
O
2-ossoglutarato
O
O
O
6-aminoesanoato
transaminasi
EC 2.6.1.O
O
O
O
O
glutamato
NH2
H
O
adipato semialdeide
O
NADP+
aldeide deidrogenasi
EC 1.2.1.4
6-ossoesanoato deidrogenasi
EC 1.2.1.63
NADPH
O
O
O
O
gs © 2001-2015 ver 5.0.2
CO2
adipato
F07 - I - Biotrasformazione dei composti aromatici
- 135 -
Referenze sul WEB
•
•
•
•
•
•
•
Vie metaboliche
– KEGG: http://www.genome.ad.jp/kegg/
• Degradazione degli xenobiotici:
http://www.genome.ad.jp/kegg/pathway/map/map01196.html
Struttura delle proteine:
– Protein data bank (Brookhaven): http://www.rcsb.org/pdb/
– Hexpasy
• Expert Protein Analysis System: http://us.expasy.org/sprot/
• Prosite (protein families and domains): http://www.expasy.org/prosite/
• Enzyme (Enzyme nomenclature database):
http://www.expasy.org/enzyme/
– Scop (famiglie strutturali): http://scop.berkeley.edu/
Enzimi:
– Nomenclatura - IUBMB: http://www.chem.qmw.ac.uk/iubmb/
– Proprietà - Brenda: http://www.brenda.uni-koeln.de/
– Expasy (Enzyme nomenclature database): http://www.expasy.org/enzyme/
Database di biocatalisi e biodegradazione: http://umbbd.ahc.umn.edu/
Citocromo P450: http://www.icgeb.org/~p450srv/
Metallotioneine: http://www.unizh.ch/~mtpage/MT.html
Tossicità degli xenobiotici: Agency for Toxic Substances and Disease Registry
http://www.atsdr.cdc.gov
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F07 - I - Biotrasformazione dei composti aromatici
- 136 -
68
Crediti e autorizzazioni all’utilizzo
• Questo ed altro materiale può essere reperito a partire da:
http://www.ambra.unibo.it/giorgio.sartor/
• Il materiale di questa presentazione è di libero uso per didattica e
ricerca e può essere usato senza limitazione, purché venga
riconosciuto l’autore usando questa frase:
Materiale ottenuto dal Prof. Giorgio Sartor
Università di Bologna – Alma Mater
Giorgio Sartor - [email protected]
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