Alternativní oxidáza - Alternative oxidase

Alternativní oxidáza uvedená jako součást celku elektronový transportní řetězec. UQ je ubichinol / ubichinon, C je cytochrom c a AOX je alternativní oxidáza.
AOX
Identifikátory
SymbolAOX
PfamPF01786
InterProIPR002680
OPM nadčeleď357
OPM protein3w54

The alternativní oxidáza (AOX) je enzym, který je součástí elektronový transportní řetězec v mitochondrie různých organismů.[1][2] Proteiny homologní s mitochondriální oxidázou a příbuznými plastid terminální oxidáza byly také identifikovány v bakteriální genomy.[3][4]

Oxidáza poskytuje alternativní cestu pro elektrony procházející elektronovým transportním řetězcem ke snížení kyslíku. Jako několik proton - v této alternativní cestě jsou obcházeny čerpací kroky, aktivace oxidázy snižuje tvorbu ATP. Tento enzym byl poprvé identifikován jako odlišná oxidázová cesta od cytochrom c oxidáza protože alternativní oxidáza je rezistentní vůči inhibice jedem kyanid.[5]

Funkce

The fungicid azoxystrobin.

Tento metabolická cesta vedoucí k alternativní oxidáze se odchyluje od řetězce přenosu elektronů spojeného s cytochromem na ubichinon bazén.[6] Dýchání alternativní dráhy produkuje pouze translokaci protonů v komplexu 1 (NADH dehydrogenáza), a proto má nižší ATP výnos než celá cesta. Exprese alternativního genu pro oxidázu AOX je ovlivněna stresem, jako je zima, reaktivní formy kyslíku a infekce patogeny, stejně jako další faktory, které snižují tok elektronů cytochromovou cestou dýchání.[7][8] Ačkoli přínos této aktivity zůstává nejistý, může zvýšit schopnost organismů odolat těmto stresům udržováním oxidovaného stavu předřazených složek přenosu elektronů, čímž se snižuje úroveň oxidační stres indukované nadměrně redukovanými elektronovými nosiči.[9]

Neobvykle forma krevního oběhu parazita prvoků Trypanosoma brucei, což je příčinou spavá nemoc, zcela závisí na alternativní oxidázové dráze pro buněčné dýchání prostřednictvím elektronového transportního řetězce.[10][11] Tento hlavní metabolický rozdíl mezi parazitem a jeho člověkem hostitel učinil T. brucei alternativní oxidáza atraktivní cíl pro design léku.[12][13] Ze známých inhibitorů alternativních oxidáz je antibiotikum ascofuranon inhibuje T. brucei enzym a léčí infekci u myší.[14][15]

U hub může přispět schopnost alternativní oxidázy obejít inhibici částí elektronového transportního řetězce fungicid odpor. To je vidět na strobilurin fungicidy, které cílí komplex III, jako je azoxystrobin, pikoxystrobin a fluoxastrobin.[16] Protože však alternativní cesta generuje méně ATP, jsou tyto fungicidy stále účinné při prevenci výtrus klíčení, protože se jedná o energeticky náročný proces.[17]

Struktura a mechanismus

Alternativní oxidáza je integrální monotopový membránový protein který je pevně svázán s vnitřní mitochondriální membrána z matice boční[18] Předpokládalo se, že enzym obsahuje vázané diironové centrum na základě motivu konzervované sekvence sestávající z navrhovaných ligandů železa, čtyř glutamát a dva histidin aminokyselinové zbytky.[19] The elektronová spinová rezonance studie Arabidopsis thaliana alternativní oxidáza AOX1a ukázala, že enzym obsahuje hydroxo-můstkový smíšený valentní Fe (II) / Fe (III) binukleární žehlička centrum.[20] A katalytický cyklus bylo navrženo, že zahrnuje toto centrum železa a alespoň jeden přechodný derivát proteinu volné radikály, který je pravděpodobně vytvořen na a tyrosin zbytek.[21]

Viz také

Reference

  1. ^ McDonald A, Vanlerberghe G (2004). "Rozvětvený mitochondriální transport elektronů v Animalia: přítomnost alternativní oxidázy v několika zvířecích kmenech". IUBMB Life. 56 (6): 333–41. doi:10.1080/1521-6540400000876. PMID  15370881.
  2. ^ Sluse FE, Jarmuszkiewicz W (1998). „Alternativní oxidáza v rozvětvené mitochondriální respirační síti: přehled struktury, funkce, regulace a role“. Braz. J. Med. Biol. Res. 31 (6): 733–47. doi:10.1590 / S0100-879X1998000600003. PMID  9698817.
  3. ^ McDonald AE, Amirsadeghi S, Vanlerberghe GC (2003). "Prokaryotické ortology mitochondriální alternativní oxidázy a plastidové terminální oxidázy". Plant Mol. Biol. 53 (6): 865–76. doi:10.1023 / B: PLAN.0000023669.79465.d2. PMID  15082931. S2CID  41525108.
  4. ^ Atteia A, van Lis R, van Hellemond JJ, Tielens AG, Martin W, Henze K (2004). „Identifikace prokaryotických homologů naznačuje endosymbiotický původ pro alternativní oxidázy mitochondrií (AOX) a chloroplastů (PTOX)“. Gen. 330: 143–8. doi:10.1016 / j.gene.2004.01.015. PMID  15087133.
  5. ^ Moore AL, Siedow JN (1991). „Regulace a povaha alternativní oxidázy rostlinných mitochondrií odolné vůči kyanidům“. Biochim. Biophys. Acta. 1059 (2): 121–40. doi:10.1016 / S0005-2728 (05) 80197-5. PMID  1883834.
  6. ^ Juszczuk IM, Rychter AM (2003). „Alternativní oxidáza u vyšších rostlin“ (PDF). Acta Biochim. Pol. 50 (4): 1257–71. doi:10.18388 / abp.2003_3649. PMID  14740012.
  7. ^ Vanlerberghe GC, McIntosh L (1997). "Alternativní oxidáza: Od genu k funkci". Roční přehled fyziologie rostlin a molekulární biologie rostlin. 48: 703–734. doi:10.1146 / annurev.arplant.48.1.703. PMID  15012279.
  8. ^ Ito Y, Saisho D, Nakazono M, Tsutsumi N, Hirai A (1997). „Úrovně transkriptů tandemově uspořádaných alternativních genů pro oxidázu v rýži se zvyšují při nízké teplotě“. Gen. 203 (2): 121–9. doi:10.1016 / S0378-1119 (97) 00502-7. PMID  9426242.
  9. ^ Maxwell DP, Wang Y, McIntosh L (1999). „Alternativní oxidáza snižuje produkci mitochondriálního reaktivního kyslíku v rostlinných buňkách“. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 96 (14): 8271–6. doi:10.1073 / pnas.96.14.8271. PMC  22224. PMID  10393984.
  10. ^ Chaudhuri M, Ott RD, Hill GC (2006). Msgstr "Alternativní oxidáza trypanosomu: od molekuly k funkci". Trendy Parasitol. 22 (10): 484–91. doi:10.1016 / j.pt.2006.08.007. PMID  16920028.
  11. ^ Clarkson AB, Bienen EJ, Pollakis G, Grady RW (1989). „Dýchání krevních forem parazita Trypanosoma brucei brucei závisí na rostlinné alternativní oxidáze“ (PDF). J. Biol. Chem. 264 (30): 17770–6. PMID  2808350.
  12. ^ Nihei C, Fukai Y, Kita K (2002). "Trypanosomová alternativní oxidáza jako cíl chemoterapie". Biochim. Biophys. Acta. 1587 (2–3): 234–9. doi:10.1016 / s0925-4439 (02) 00086-8. PMID  12084465.
  13. ^ Grady RW, Bienen EJ, Dieck HA, Saric M, Clarkson AB (1993). „N-n-alkyl-3,4-dihydroxybenzamidy jako inhibitory alternativní oxidázy trypanosomu: aktivita in vitro a in vivo“ (PDF). Antimicrob. Agenti Chemother. 37 (5): 1082–5. doi:10.1128 / aac.37.5.1082. PMC  187903. PMID  8517695.
  14. ^ Minagawa N, Yabu Y, Kita K, Nagai K, Ohta N, Meguro K, Sakajo S, Yoshimoto A (1997). „Antibiotikum, ascofuranon, specificky inhibuje dýchání a in vitro růst dlouhých štíhlých forem Trypanosoma brucei brucei v krevním řečišti.“ Mol. Biochem. Parazitol. 84 (2): 271–80. doi:10.1016 / S0166-6851 (96) 02797-1. PMID  9084049.
  15. ^ Yabu Y, Yoshida A, Suzuki T, Nihei C, Kawai K, Minagawa N, Hosokawa T, Nagai K, Kita K, Ohta N (2003). „Účinnost askofuranonu při následné léčbě Trypanosoma brucei brucei u myší“. Parazitol. Int. 52 (2): 155–64. doi:10.1016 / S1383-5769 (03) 00012-6. PMID  12798927.
  16. ^ Miguez M, Reeve C, Wood PM, Hollomon DW (2004). „Alternativní oxidáza snižuje citlivost Mycosphaerella graminicola na QOI fungicidy“. Pest Manag. Sci. 60 (1): 3–7. doi:10,1002 / ps.837. PMID  14727735.
  17. ^ Avila-Adame C, Köller W (2003). „Dopad alternativního dýchání a mutací v cílovém místě na reakce klíčících konidií Magnaporthe grisea na fungicidy inhibující Qo“. Pest Manag. Sci. 59 (3): 303–9. doi:10.1002 / ps.638. PMID  12639047.
  18. ^ Berthold DA, Stenmark P (2003). "Membránou vázané diironkarboxylátové proteiny". Roční přehled biologie rostlin. 54: 497–517. doi:10.1146 / annurev.arplant.54.031902.134915. PMID  14503001.
  19. ^ Berthold DA, Andersson ME, Nordlund P (2000). "Nový pohled na strukturu a funkci alternativní oxidázy". Biochim. Biophys. Acta. 1460 (2–3): 241–54. doi:10.1016 / S0005-2728 (00) 00149-3. PMID  11106766.
  20. ^ Berthold DA, Voevodskaya N, Stenmark P, Gräslund A, Nordlund P (2002). "EPR studie mitochondriální alternativní oxidázy. Důkaz pro diironkarboxylátové centrum". J. Biol. Chem. 277 (46): 43608–14. doi:10,1074 / jbc.M206724200. PMID  12215444.
  21. ^ Affourtit C, Albury MS, Crichton PG, Moore AL (2002). "Zkoumání molekulární podstaty alternativní regulace oxidázy a katalýzy". FEBS Lett. 510 (3): 121–6. doi:10.1016 / S0014-5793 (01) 03261-6. PMID  11801238. S2CID  12175724.

externí odkazy