Abstract

Sulfonylurea herbicides are widely used to control weeds due to their broad-spectrum activity and low animal toxicity. However, they have negative effects on environment. Microbial dioxygenases are known to degrade aromatic compounds. In this study, three types of dioxygenases (catechol-2,3-dioxygenases, iron dependent homoprotocatechuate 2,3-dioxygenase and manganese dependent homoprotocatechuate 2,3-dioxygenase) were chosen to study molecular interaction with chlorsulfuron and metsulfuron-methyl, respectively. Flexible protein-ligand molecular docking studies were conducted to investigate the efficiencies of these microbial enzymes in degrading the herbicidal residues. Our results indicate homoprotocatechuate 2,3-dioxygenases had more binding affinity than catechol-2,3-dioxygenases, and thus could be claimed to have good efficiency in bioremediation. Further analysis indicated that the higher binding affinity was contributed by the aliphatic residues present at the interacting sites within the glyoxalase domain and its close proximity. Our results provide an important framework for conducting further studies regarding the characterization and analysis of other enzymes involved in the degradation of herbicidal active ingredients. Our study can be considered as a reliable basis for identification and application of microbial enzymes for successful bioremediation of herbicide compounds. This will be very helpful as the number of such toxic compounds continue to increase in the environment.

摘要

磺酰脲类除草剂因其广谱活性和低动物毒性而被广泛用于控制杂草。但是，它们对环境有负面影响。已知微生物双加氧酶会降解芳香族化合物。在这项研究中，选择了三种类型的双加氧酶（儿茶酚-2,3-双加氧酶、铁依赖性高原儿茶酸 2,3-双加氧酶和锰依赖性高原儿茶酸 2,3-双加氧酶）分别研究与氯磺隆和甲磺隆的分子相互作用。进行了灵活的蛋白质-配体分子对接研究，以研究这些微生物酶在降解除草剂残留物方面的效率。我们的结果表明高原儿茶酸 2,3-双加氧酶比儿茶酚-2,3-双加氧酶具有更高的结合亲和力，因此可以声称在生物修复方面具有良好的效率。进一步的分析表明，较高的结合亲和力是由存在于乙二醛酶结构域内相互作用位点的脂肪族残基及其紧密接近造成的。我们的研究结果为进一步研究参与除草活性成分降解的其他酶的表征和分析提供了重要框架。我们的研究可以被认为是鉴定和应用微生物酶以成功地生物修复除草剂化合物的可靠基础。随着环境中此类有毒化合物的数量不断增加，这将非常有帮助。进一步的分析表明，较高的结合亲和力是由存在于乙二醛酶结构域内相互作用位点的脂肪族残基及其紧密接近造成的。我们的研究结果为进一步研究参与除草活性成分降解的其他酶的表征和分析提供了重要框架。我们的研究可以被认为是鉴定和应用微生物酶以成功地生物修复除草剂化合物的可靠基础。随着环境中此类有毒化合物的数量不断增加，这将非常有帮助。进一步的分析表明，较高的结合亲和力是由存在于乙二醛酶结构域内相互作用位点的脂肪族残基及其紧密接近造成的。我们的研究结果为进一步研究参与除草活性成分降解的其他酶的表征和分析提供了重要框架。我们的研究可以被认为是鉴定和应用微生物酶以成功地生物修复除草剂化合物的可靠基础。随着环境中此类有毒化合物的数量不断增加，这将非常有帮助。我们的研究结果为进一步研究参与除草活性成分降解的其他酶的表征和分析提供了重要框架。我们的研究可以被认为是鉴定和应用微生物酶以成功地生物修复除草剂化合物的可靠基础。随着环境中此类有毒化合物的数量不断增加，这将非常有帮助。我们的研究结果为进一步研究参与除草活性成分降解的其他酶的表征和分析提供了重要框架。我们的研究可以被认为是鉴定和应用微生物酶以成功地生物修复除草剂化合物的可靠基础。随着环境中此类有毒化合物的数量不断增加，这将非常有帮助。