Aldehyd ferredoxin oxidoreduktáza - Aldehyde ferredoxin oxidoreductase - Wikipedia
| Aldehyd ferredoxin oxidoreduktáza | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Identifikátory | |||||||||
| EC číslo | 1.2.7.5 | ||||||||
| Číslo CAS | 138066-90-7 | ||||||||
| Databáze | |||||||||
| IntEnz | IntEnz pohled | ||||||||
| BRENDA | Vstup BRENDA | ||||||||
| EXPASY | Pohled NiceZyme | ||||||||
| KEGG | Vstup KEGG | ||||||||
| MetaCyc | metabolická cesta | ||||||||
| PRIAM | profil | ||||||||
| PDB struktur | RCSB PDB PDBe PDBsum | ||||||||
| |||||||||
| AFOR_N | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
 struktura hypertermofilního tungstopterinového enzymu, aldehyd ferredoxin oxidoreduktázy | |||||||||
| Identifikátory | |||||||||
| Symbol | AFOR_N | ||||||||
| Pfam | PF02730 | ||||||||
| InterPro | IPR013983 | ||||||||
| SCOP2 | 1aor / Rozsah / SUPFAM | ||||||||
| |||||||||
| AFOR_C | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Identifikátory | |||||||||
| Symbol | AFOR_C | ||||||||
| Pfam | PF01314 | ||||||||
| InterPro | IPR001203 | ||||||||
| SCOP2 | 1aor / Rozsah / SUPFAM | ||||||||
| |||||||||
v enzymologie, an aldehyd ferredoxin oxidoreduktáza (ES 1.2.7.5 ) je enzym že katalyzuje the chemická reakce
- aldehyd + H2O + 2 oxidovaný ferredoxin - kyselina + 2 H+ + 2 snížené dávky ferredoxinu
Tento enzym patří do rodiny oxidoreduktázy konkrétně ty, které působí na aldehydovou nebo oxoskupinu dárce s proteinem železo-síra jako akceptorem. The systematické jméno této třídy enzymů je aldehyd: ferredoxin oxidoreduktáza. Tento enzym se také nazývá AOR. Je to relativně vzácný příklad proteinu obsahujícího wolfram.[1]
Výskyt
Aktivní místo rodiny AOR je vybaveno středem oxo-wolframu vázaným na pár molybdopterin kofaktory (který neobsahuje molybden) a an 4Fe-4S shluk.[2][3] Tato rodina zahrnuje AOR, formaldehyd ferredoxin oxidoreduktázu (FOR), glyceraldehyd-3-fosfát ferredoxin oxidoreduktáza (GAPOR), vše izolované z hypertermofilní archea;[2] karboxylová kyselina reduktáza nalezený v klostridii;[4] a hydroxykarboxylát viologen oxidoreduktáza z Proteus vulgaris, jediný člen rodiny AOR obsahující molybden.[5] GAPOR může být zapojen do glykolýza,[6] ale funkce toho druhého bílkoviny ještě nejsou jasné. Bylo navrženo, že AOR je primární enzym odpovědný za oxidaci aldehydů produkovaných 2-keto kyselinou oxidoreduktázy.[7]
AOR se nachází v hypertermofilní archaea, Pyrococcus furiosus.[1] Archeoni Pyrococcus Kmen ES-4 a Thermococcus Kmen ES-1 se liší svou substrátovou specificitou: AFO vykazují jeho širší rozsah velikostí aldehyd substráty. Jeho primární rolí je oxidace aldehydu pocházejícího z metabolismu aminokyselin a glukóz.[8] Aldehyd ferredoxin oxidoreduktáza je členem rodiny AOR, která zahrnuje glyceraldehyd-3-fosfát ferredoxin oxidoreduktázu (GAPOR) a formaldehyd ferredoxin oxidoreduktázu.[3]
Funkce
AOR funguje za vysokých teplot (~ 80 stupňů Celsia) při optimálním pH 8-9. Je citlivý na kyslík, protože ztrácí většinu své aktivity vystavením kyslíku a pracuje v cytoplazmě, kde je redukčním prostředím. Tedy buď vystavení kyslíku, nebo snížení teploty způsobí nevratnou ztrátu jeho katalytických vlastností. Také v důsledku citlivosti AOR na kyslík se provádí čištění enzymu pod anoxický prostředí.[8]
Navrhuje se, aby AOR hrála roli v Stezka Entner-Doudoroff (degradace glukózy) v důsledku jeho zvýšené aktivity s sladový cukr začlenění.[3] Další návrhy však zahrnují jeho úlohu při oxidaci vedlejších produktů aldehydu metabolizujících aminokyseliny pocházející z deaminovaných 2-ketokyselin. Hlavními substráty pro aldehyd ferredoxin oxidoreduktázu jsou acetaldehyd, fenylacetaldehyd a isovalerdehyd, který je metabolickým produktem běžných aminokyselin a glukózy.[8] Například acetaldehyd dosahuje své hodnoty kcat / KM až 22,0 μM-1s-1.[8] Některé mikroorganismy ve skutečnosti využívají jako zdroj uhlíku pouze aminokyseliny, jako je například kmen Thermococcus ES1; proto využívají aldehyd ferredoxin oxidoreduktázu k metabolizaci zdroje uhlíku z aminokyseliny.[8]
Struktura
AOR je homodimerní. Každá podjednotka 67 kDa obsahuje 1 wolfram a 4–5 Žehlička atomy.[3] Obě podjednotky jsou přemostěny středem železa s nízkou rotací. Předpokládá se, že tyto dvě podjednotky fungují nezávisle.[3]
- Wolfram-pterin
Wolfram v aktivním místě AOR přijímá zkreslenou čtvercovou pyramidovou geometrii vázanou na oxo / hydroxo ligand a dithiolen substituenty dvou molybdopterin kofaktory.[3]
Dva molybdopterin kofaktory váží wolfram,[9] jak bylo pozorováno u mnoha souvisejících enzymů.[9] Wolfram není vázán přímo na protein.[9] Fosfátová centra přívěsek na kofaktoru jsou vázána na Mg2+, který je také vázán Asn93 a Ala183 k dokončení své oktaedrické koordinační sféry.[3][9] Atomy pterinu a wolframu jsou tedy spojeny s enzymem AOR především prostřednictvím vodíkových vazebných sítí pterinu se zbytky aminokyselin.[3] Kromě toho se dva vodní ligandy, které zaujímají oktaedrickou geometrii, účastní sítí vodíkových vazeb s pterinem, fosfátem a Mg2+.[9] Zatímco [Fe4S4] klastr je vázán čtyřmi Cys ligandy, Pterin - bohatý na amino a etherové vazby - interaguje se sekvencemi Asp-X-X-Gly-Leu- (Cys / Asp) v enzymu AOR.[3] V takové sekvenci je zbytek Cys494 také vodíkově vázán ke klastru [Fe4S4].[3] To naznačuje, že zbytek Cys494 spojuje místo wolframu a místo klastru [Fe4S4] v enzymu.[3] Atom železa v klastru je navíc vázán třemi dalšími cysteinovými ligandy:.[9] Dalším linkerovým aminokyselinovým zbytkem mezi klastrem ferredoxinu a pterinem je Arg76, který se vodíkově váže na pterin i ferredoxin.[3] Předpokládá se, že takové interakce vodíkových vazeb implikují pterinový cyklický kruhový systém jako elektronový nosič.[3] Navíc C =Ó střed pterinu váže Na+.[8] Navrhuje se střed W = O, který není krystalograficky ověřen.[9]
AOR se skládá ze tří domén, domény 1, 2 a 3.[8] Zatímco doména 1 obsahuje pterin vázaný na wolfram, další dvě domény poskytují kanál z wolframu na povrch proteinu (15 Angstromů na délku), aby umožnily specifickým substrátům vstoupit do enzymu jeho kanálem.[8] V aktivním místě jsou tyto molekuly pterinu v sedlovité konformaci (500 k normální rovině), aby „seděly“ na doméně 1, která také získává formu s beta listy, aby se přizpůsobila místu Tungsten-Pterin.[8]
- Žehlička
Železné centrum mezi dvěma podjednotkami slouží strukturální roli v AOR.[8] Atomy železa obsahují tetrahedrální konformaci, zatímco koordinace ligandu pochází ze dvou histidinů a kyselin glutamových.[8] Není známo, že by to mělo nějakou funkční roli v redoxní aktivitě proteinu.[8]
- Střed Fe4S4
Klastr [Fe4S4] v AOR se v některých aspektech liší od ostatních molekul ferredoxinu.[3] Měření EPR potvrzují, že slouží jako jedno-elektronový člun.[3]
Mechanismus aldehyd ferredoxin oxidoreduktázy
V katalytickém cyklu se W (VI) (wolfram „šest“) převádí na W (IV) současně s oxidací aldehydu na karboxylovou kyselinu (ekvivalentně karboxylát).[3] Meziprodukt W (V) lze detekovat pomocí EPR spektroskopie.[3][8]
Obecný reakční mechanismus AOR:[10]
- RCHO + H2O → RCO2H + 2H+ + 2 e−
Redoxní ekvivalenty poskytuje klastr 4Fe-4S.
Tyrosinový zbytek je navržen k aktivaci elektrofilního centra aldehydů vazbou H na atom karbonylového kyslíku, koordinovaný s centrem W.[10] Zbytek kyseliny glutamové poblíž aktivního místa aktivuje molekulu vody pro nukleofilní útok na aldehydové karbonylové centrum.[10] Po nukleofilním napadení vodou je hydrid přenesen do oxo-wolframového síta.[10] Následně se W (VI) regeneruje přenosem elektronů do centra 4Fe-4S.[10] S formaldehyd ferredoxin oxidoreduktázou by byly zahrnuty Glu308 a Tyr 416, zatímco Glu313 a His448 jsou přítomny v aktivním místě AOR.[9][10]
Reference
- ^ A b Majumdar A, Sarkar S (květen 2011). „Bioanorganická chemie molybdenu a wolframových enzymů: přístup strukturálně-funkčního modelování“. Recenze koordinační chemie. 255 (9–10): 1039–1054. doi:10.1016 / j.ccr.2010.11.027.
- ^ A b Kisker C, Schindelin H, Rees DC (1997). „Enzymy obsahující molybden-kofaktor: struktura a mechanismus“ (PDF). Annu. Biochem. 66: 233–67. doi:10,1146 / annurev.biochem. 66.1.233. PMID 9242907.
- ^ A b C d E F G h i j k l m n Ó p q Kletzin A, Adams MW (březen 1996). "Wolfram v biologických systémech". FEMS Microbiol. Rev. 18 (1): 5–63. doi:10.1111 / j.1574-6976.1996.tb00226.x. PMID 8672295.
- ^ White H, Strobl G, Feicht R, Simon H (září 1989). „Karboxylová kyselina reduktáza: nový wolframový enzym katalyzuje redukci neaktivních karboxylových kyselin na aldehydy“. Eur. J. Biochem. 184 (1): 89–96. doi:10.1111 / j.1432-1033.1989.tb14993.x. PMID 2550230.
- ^ Trautwein T, Krauss F, Lottspeich F, Simon H (červen 1994). „(2R) -hydroxykarboxylát-viologen-oxidoreduktáza z Proteus vulgaris je protein obsahující železo-síru obsahující molybden“. Eur. J. Biochem. 222 (3): 1025–32. doi:10.1111 / j.1432-1033.1994.tb18954.x. PMID 8026480.
- ^ Mukund S, Adams MW (duben 1995). „Glyceraldehyd-3-fosfát ferredoxin oxidoreduktáza, nový enzym obsahující wolfram s potenciální glykolytickou rolí v hypertermofilním archeonu Pyrococcus furiosus". J. Biol. Chem. 270 (15): 8389–92. doi:10.1074 / jbc.270.15.8389. PMID 7721730.
- ^ Ma K, Hutchins A, Sung SJ, Adams MW (září 1997). „Pyruvát ferredoxin oxidoreduktáza z hypertermofilního archaeonu, Pyrococcus furiosus, funguje jako CoA-závislá pyruvát dekarboxyláza“. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 94 (18): 9608–13. doi:10.1073 / pnas.94.18.9608. PMC 23233. PMID 9275170.
- ^ A b C d E F G h i j k l m Roy R, Dhawan IK, Johnson MK, Rees DC, Adams MW (2006-04-15). Příručka metaloproteinů: aldehyd ferredoxin oxidoreduktáza (5 ed.). John Wiley & Sons, Ltd.
- ^ A b C d E F G h Kisker C, Schindelin H, Rees DC (1997). „Enzymy obsahující molybden-kofaktor: struktura a mechanismus“ (PDF). Roční přehled biochemie. 66: 233–67. doi:10,1146 / annurev.biochem. 66.1.233. PMID 9242907.
- ^ A b C d E F Bevers LE, Hagedoorn P, Hagen WR (únor 2009). "Bioanorganická chemie wolframu". Recenze koordinační chemie. 253 (3–4): 269–290. doi:10.1016 / j.ccr.2008.01.017.
Další čtení
- Mukund S, Adams MW (1991). „Nový protein wolfram-železo-síra v hypertermofilní archaebakterii, Pyrococcus furiosus, je aldehyd-ferredoxin-oxidoreduktáza. Důkazy o jeho účasti na jedinečné glykolytické cestě“. J. Biol. Chem. 266 (22): 14208–16. PMID 1907273.
- Johnson JL, Rajagopalan KV, Mukund S, Adams MW (1993). „Identifikace molybdopterinu jako organické složky kofaktoru wolframu ve čtyřech enzymech z hypertermofilní Archea“. J. Biol. Chem. 268 (7): 4848–52. PMID 8444863.
- Roy R, Menon AL, Adams MW (2001). "Aldehyd oxidoreduktázy z Pyrococcus furiosus". Metody Enzymol. 331: 132–44. doi:10.1016 / S0076-6879 (01) 31052-2. PMID 11265456.
