Pektinesterase

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Pektinesterase ist auch bekannt als Pektinase, Pektinmethylesterase und Pektinoxidase. Die Enzyme, die die Hydrolyse von Methoxyestern des Pektins katalysieren, um Pektinsäure und Methanol zu produzieren, sind nicht nur weit verbreitet in höheren Pflanzen, sondern auch in Schimmelpilzen und Bakterien bekannt. Die Substratspezifität der Deesterifizierungsreaktion ist noch nicht vollständig verstanden. Daher wirken Enzyme fast ausschließlich auf Methylester in höheren Pflanzen, weshalb die Meinung vertreten wird, dass der Name Pektinmethylesterase für dieses Enzym verwendet werden sollte. Die Aktivitätsbestimmung basiert auf Pektin als Substrat, und die unter bestimmten Bedingungen produzierten Carboxylgruppen werden mit Alkali quantifiziert; es gibt auch eine Methode zur Quantifizierung des produzierten Methanols. Der optimale pH-Wert liegt je nach Quelle des Enzyms zwischen 8 und 4. Einige Kationen, insbesondere Na⁺, Ca²⁺ usw., können die Aktivität dieses Enzyms erhöhen.

Struktur

Das N-terminale Propeptid der Pektinesterase ist in Größe und Sequenz variabel und zeigt ein niedriges Maß an Aminosäureidentität. Alternativ ist der C-terminale katalytische Bereich hoch konserviert und stellt ein reifes Enzym dar. Die erste dreidimensionale Struktur, die die pflanzliche Pektinesterase löste, ist die Isoform der Karottenwurzel, die aus rechtsgängigen parallelen β-Helices besteht, und die transmembranäre Domäne ist mit Pektin kombiniert. In ähnlicher Weise wurden mehrere Pektinesterase-Strukturen in Pilzen und E. coli aufgeklärt, und sie weisen die meisten der strukturellen Motive auf, die häufig in Pflanzen vorkommen.

Abbildung 1. Proteinstruktur der Pektinesterase.

Funktionen

Die Manipulation der Expression von Pektinesterase kann viele physiologische Prozesse beeinflussen. In Pflanzen kann der Effekt der Pektinesterase auf die Zellwandbestandteile zwei diametral entgegengesetzte Effekte hervorrufen. Der erste besteht darin, die Verhärtung der Zellwand zu fördern, indem Blöcke von unesterifizierten Carboxylgruppen erzeugt werden, die mit Calciumionen interagieren können, um ein pektinähnliches Gel zu bilden. Der andere ist, dass die Freisetzung von Protonen die Aktivität der hydrolytischen Enzyme der Zellwand stimulieren kann, was zu einer Entspannung der Zellwand führt. Pektinesterase spielt eine Rolle bei der Regulierung der mechanischen Stabilität der Zellwand während der Fruchtreifung und bei der Zellwanddehnung, dem Abwerfen, dem Stängelwachstum, dem Knollenansatz und der Wurzelentwicklung während der Pollensprossung und des Wachstums des Pollenschlauchs. Es wurde auch gezeigt, dass Pektinesterase eine Rolle in der Reaktion von Pflanzen auf Pathogenangriffe spielt. Die mit der Zellwand assoziierte Pektinesterase von Tabak ist an der Erkennung des Wirtszellrezeptors des Bewegungsproteins des Tabakmosaikvirus beteiligt, und es wurde gezeigt, dass diese Interaktion für den Zelltransfer des Virus notwendig ist.

Molekularbiologie und Biochemie

Es wird angenommen, dass Pektinesterase in das Zytoplasma unter Verwendung von hochmethyliertem Pektin sezerniert wird, obwohl zu einem bestimmten Zeitpunkt im sekretorischen Weg das N-terminale Propeptid abgespalten wird. Derzeit wird zwar angenommen, dass diese Proregion als intramolekularer Chaperon wirken kann, um eine korrekte Faltung oder Inaktivitätsaktivität sicherzustellen, bis die Einfügung von PE in die Zellwand abgeschlossen ist, die Rolle dieser Proregion ist jedoch noch unklar. In letzter Zeit wurde der molekularen Forschung der Pektinesterase besondere Aufmerksamkeit geschenkt, was zur Charakterisierung mehrerer verwandter Isoformen in verschiedenen höheren Pflanzenarten geführt hat. Einige dieser Pektinesterasen werden ubiquitär exprimiert, während andere spezifisch während der Fruchtreifung, der Keimung von Pollenkörnern oder dem Stängelwachstum exprimiert werden. Diese Daten deuten darauf hin, dass Pektinester durch eine Familie von Genen kodiert wird, die in Zelltypen unterschiedlich reguliert werden, als Reaktion auf spezifische Entwicklungs- oder Umweltreize.