Pectinestérase - Pectinesterase

pectinestérase
pectine méthylestérase de Dickeya dadantii en complexe avec l'hexasaccharide. PDB 2ntb
Identifiants
CE n°	3.1.1.11
N ° CAS.	9025-98-3
Bases de données
IntEnz	Vue IntEnz
BRENDA	Entrée BRENDA
ExPASy	Vue NiceZyme
KEGG	Entrée KEGG
MétaCycle	voie métabolique
PRIAM	profil
Structures de l' APB	RCSB PDB PDBe PDBsum
Ontologie des gènes	AmiGO / QuickGO
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La pectinestérase (PE) ( EC 3.1.1.11 ) est une enzyme associée à la paroi cellulaire omniprésente qui présente plusieurs isoformes qui facilitent la modification de la paroi cellulaire des plantes et leur dégradation subséquente. On le trouve dans toutes les plantes supérieures ainsi que dans certaines bactéries et champignons . La pectinestérase fonctionne principalement en modifiant le pH localisé de la paroi cellulaire, ce qui entraîne des altérations de l'intégrité de la paroi cellulaire.

La pectinestérase catalyse la désestérification de la pectine en pectate et méthanol . La pectine est l'un des principaux composants de la paroi cellulaire végétale. Chez les plantes, la pectinestérase joue un rôle important dans le métabolisme de la paroi cellulaire pendant la maturation des fruits. Chez les agents pathogènes bactériens végétaux tels que Erwinia carotovora et chez les agents pathogènes fongiques tels que Aspergillus niger , la pectinestérase est impliquée dans la macération et la pourriture molle des tissus végétaux. Les pectinestérases végétales sont régulées par des inhibiteurs de pectinestérase, qui sont inefficaces contre les enzymes microbiennes.

Une fonction

Des études récentes ont montré que la manipulation de l' expression de la pectinestérase peut influencer de nombreux processus physiologiques. Chez les plantes, la pectinestérase joue un rôle dans la modulation de la stabilité mécanique de la paroi cellulaire pendant la maturation des fruits , l'extension de la paroi cellulaire pendant la germination du pollen et la croissance du tube pollinique , l' abscission , l'allongement de la tige, le rendement des tubercules et le développement des racines. Il a également été démontré que la pectinestérase joue un rôle dans la réponse des plantes à l' attaque d' agents pathogènes . Une pectinestérase associée à la paroi cellulaire de Nicotiana tabacum est impliquée dans la reconnaissance du récepteur de la cellule hôte pour la protéine de mouvement du virus de la mosaïque du tabac et il a été démontré que cette interaction est requise pour la translocation de cellule à cellule du virus.

L'action de la pectinestérase sur les composants de la paroi cellulaire végétale peut produire deux effets diamétralement opposés. Le premier étant une contribution à la rigidification de la paroi cellulaire en produisant des blocs de groupes carboxyle non estérifiés pouvant interagir avec les ions calcium formant un gel pectate. L'autre étant que la libération de protons peut stimuler l'activité des hydrolases de la paroi cellulaire contribuant au relâchement de la paroi cellulaire.

Estérification de la pectine

Les pectines forment environ 35% du poids sec des parois cellulaires des dicotylédones . Ils sont polymérisés dans le Golgi cis , méthylestérifiés dans le Golgi médian et substitués par des chaînes latérales dans les citernes trans Golgi. La biochimie de la pectine peut être assez compliquée mais en termes simples, le squelette de la pectine comprend 3 types de polymères : homogalacturonane (HGA) ; le rhamnogalacturonane I (RGI); rhamnogalacturonane II (RGII).

L'homogalacturonane est hautement méthyl-estérifié lorsqu'il est exporté dans les parois cellulaires et est ensuite désestérifié par l'action de la pectinestérase et d'autres enzymes pectiques. La pectinestérase catalyse la désestérification des unités d'acide D-galactosiduronique méthyl-estérifiées dans des composés pectiques donnant des substrats pour les enzymes de dépolymérisation, en particulier les pectines acides et le méthanol .

La plupart des pectinestérases végétales purifiées ont des points isoélectriques neutres ou alcalins et sont liées à la paroi cellulaire via des interactions électrostatiques . Les pectinestérases peuvent cependant présenter des points isoélectriques acides détectés dans les fractions solubles des tissus végétaux. Jusqu'à récemment, on supposait généralement que les pectinestérases végétales éliminent les esters méthyliques de manière progressive par blocs, donnant lieu à de longues étendues contiguës de résidus GalA non estérifiés dans les domaines homogalacturonanes de la pectine . Alternativement, on pensait que les pectinestérases fongiques avaient une activité aléatoire entraînant la désestérification de résidus GalA uniques par interactions enzyme/substrat. Il a maintenant été démontré que certaines isoformes de pectinestérase végétales peuvent présenter les deux mécanismes et que ces mécanismes sont entraînés par des altérations du pH . Le pH optimal des plantes supérieures se situe généralement entre 7 et 8, bien que le pH de la pectinestérase des champignons et des bactéries soit généralement beaucoup plus bas.

Biologie moléculaire et biochimie

Les protéines PE sont synthétisées sous forme de pré-protéines de 540 à 580 acides aminés possédant une séquence signal et une large extension amino-terminale d'environ 22 kDa . Cette extension terminale est finalement supprimée pour donner une protéine mature de 34-37 kDa. La plupart des PE manquent de séquences consensus pour la N-glycosylation dans la protéine mature, bien qu'au moins un site soit présent dans la région d'extension amino-terminale.

La régulation spatiale et temporelle de l'activité de la pectinestérase au cours du développement de la plante repose sur une grande famille d'isoformes. Récemment, le séquençage systématique du génome d' Arabidopsis thaliana a conduit à l'identification de 66 cadres de lecture ouverts qui sont annotés comme des pectinestérases, dont la plupart sont codées comme de grandes pré-proprotéines. La pré-région du peptide signal est requise pour cibler l'enzyme vers le réticulum endoplasmique et se compose d'environ 25 résidus d'acides aminés. Ces régions N-terminales contiennent plusieurs sites de glycosylation et on pense que ces sites jouent également un rôle dans le ciblage.

On pense que la pectinesterase est sécrétée dans l'apoplasme avec de la pectine hautement méthylée bien qu'à un certain point le long de cette voie de sécrétion, le pro-peptide N-terminal soit clivé. Actuellement, le rôle de la pro-région est inconnu bien qu'il ait été émis l'hypothèse qu'elle pourrait agir comme un chaperon intramoléculaire, assurant un repliement correct ou une activité de désactivation jusqu'à ce que l'insertion de PE dans la paroi cellulaire soit terminée.

Récemment, une attention particulière a été consacrée aux études moléculaires de la pectinestérase conduisant à la caractérisation de plusieurs isoformes apparentées dans diverses espèces végétales supérieures. Certaines de ces pectinestérases se sont avérées être exprimées de manière ubiquitaire, tandis que d'autres sont spécifiquement exprimées lors de la maturation des fruits, de la germination du grain de pollen ou de l'allongement de la tige. De telles données suggèrent que les pectinessters sont codés par une famille de gènes qui sont régulés de manière différentielle dans le type cellulaire en réponse à des signaux de développement ou environnementaux spécifiques.

Isoformes végétales

Plusieurs isoformes de pectinestérase différant par leur poids moléculaire , leur point isoélectrique et leur activité biochimique ont été identifiées chez les plantes dicotylédones . Les isoformes de pectinestérase sont codées par une famille de gènes, dont certains sont exprimés de manière constitutive dans toute la plante, tandis que d'autres sont exprimés de manière différentielle dans des tissus spécifiques et à différents stades de développement. Les isoformes de pectinestérase diffèrent par divers paramètres biochimiques tels que la masse moléculaire relative, le point isoélectrique, le pH optimal, l'affinité du substrat, le besoin en ions et l'emplacement.

Structure

Les pro-peptides N-terminaux de la pectinestérase sont de taille et de séquence variables et présentent un faible niveau d'identité d'acides aminés. En variante, la région catalytique C-terminale est hautement conservée et constitue l'enzyme mature. La première structure tridimensionnelle résolue pour une pectinesterase végétale concernait une isoforme de racine de carotte ( Daucus carota ) et se compose d'une hélice β parallèle à droite comme on le voit dans toute la famille des glucides estérases CE-8, un domaine transmembranaire et un fente de liaison à la pectine. De même, plusieurs structures de pectinestérase ont été élucidées chez les champignons et E. coli et partagent la plupart des motifs structuraux observés chez les plantes.

Les pectinestérases procaryotes et eucaryotes partagent quelques régions de similarité de séquence. La structure cristalline de la pectinestérase d'Erwinia chrysanthemi a révélé une structure en hélice bêta similaire à celle trouvée dans les enzymes pectinolytiques, bien qu'elle soit différente de la plupart des structures des estérases. Les résidus catalytiques putatifs sont dans un emplacement similaire à ceux du site actif et de la fente de liaison au substrat de la pectate lyase.

Les références

Liens externes

• pectinestérase à la National Library of Medicine Medical Subject Headings (MeSH) des États-Unis