Ferredoxin-thioredoxin reduktáza - Ferredoxin-thioredoxin reductase

Variabilní alfa řetězec ferredoxin thioredoxin reduktázy
PDB 1dj7 EBI.jpg
krystalová struktura ferredoxin thioredoxin reduktázy
Identifikátory
SymbolFeThRed_A
PfamPF02941
InterProIPR004207
SCOP21dj7 / Rozsah / SUPFAM
Ferredoxin thioredoxin reduktáza katalytický beta řetězec
PDB 1dj7 EBI.jpg
krystalová struktura ferredoxin thioredoxin reduktázy
Identifikátory
SymbolFeThRed_B
PfamPF02943
InterProIPR004209
SCOP21dj7 / Rozsah / SUPFAM

Ferredoxin-thioredoxin reduktáza ES 1.8.7.2, systematické jméno ferredoxin: thioredoxin disulfid oxidoreduktáza, je [4Fe-4S] protein která hraje důležitou roli v ferredoxin /thioredoxin regulační řetězec. Katalyzuje následující reakci:

2 sníženo ferredoxin + thioredoxin disulfid 2 oxidovaný ferredoxin + thioredoxin thioly + 2 H+

Ferredoxin-thioredoxin reduktáza (FTR) převádí an elektron signál (fotoregulovaný ferredoxin) na a thiol signál (redukovaný thioredoxin), regulační enzymy podle snížení konkrétních disulfid skupiny. To katalýzy aktivace několika na světle fotosyntéza enzymy a představuje první historický příklad kaskády výměny thiol / disulfid pro regulaci enzymu.[1] Je to heterodimer podjednotky alfa a podjednotky beta. Podjednotka alfa je proměnná podjednotka a beta je katalytické řetěz. The struktura Bylo stanoveno, že beta podjednotky je složeno kolem FeS shluk.[2]

Biologická funkce

Hlavní skupiny produkující kyslík, fotosyntetický organismy jako např sinice, řasy, C4, C3, a metabolismus kyseliny crassulacean (CAM) rostliny používají ferredoxin-thioredoxin reduktázu pro uhlíková fixace nařízení.[3] FTR, jako součást většího systému ferredoxin-thioredoxin, umožňuje rostlinám měnit jejich metabolismus na základě intenzity světla. Systém Ferredoxin-Thioredoxin konkrétně řídí enzymy v Calvinův cyklus a Cesta fosfátu pentózy - umožnění rostlinám vyvážit syntézu a degradaci sacharidů na základě dostupnosti světla.[4] Ve světle fotosyntéza využívá světelnou energii a snižuje Ferredoxin. Při použití FTR se pak redukuje ferredoxin Thioredoxin. Thioredoxin, skrz thiol / disulfidová výměna, poté aktivuje enzymy pro syntézu sacharidů, jako je chloroplast fruktóza-1,6-bisfosfatáza, Sedoheptulosa-bisfosfatáza, a fosforibulokináza.[5] Výsledkem je, že světlo používá FTR k aktivaci biosyntézy sacharidů. Ve tmě zůstává ferredoxin oxidovaný. To ponechává thioredoxin neaktivní a umožňuje štěpení sacharidů dominovat metabolismu.[4]

Struktura

Ferredoxin-thioredoxin reduktáza je α-β heterodimer přibližně 30 kDa.[6] Struktura FTR napříč různými druhy rostlin zahrnuje konzervovanou katalytickou p podjednotku a variabilní podjednotku α. Struktura FTR z Synechocystis sp. PCC6803 byl podrobně studován a vyřešen při 1,6 Å.[2] FTR se podobá tenké vrstvě konkávní disk, 10 Å přes střed, kde a [Klastr 4Fe-4S] bydlí. Jedna strana středu klastru obsahuje redox-aktivní disulfidové vazby, které redukují thioredoxin, zatímco opačné doky se sníženým ferredoxinem. Tato dvoustranná struktura disku umožňuje FTR současně interagovat s thioredoxinem a ferredoxinem.[2]

[4Fe-4S] klastr v katalytické p podjednotce ferredoxin-thioredoxin reduktázy je obklopen několika cysteinovými zbytky.

Proměnná α podjednotka má otevřený β barel konstrukce z pěti antiparalelní β řetězce. K jeho interakci s katalytickou podjednotkou dochází hlavně se dvěma smyčkami mezi β řetězci. Zbytky v těchto dvou smyčkách jsou většinou konzervované a předpokládá se, že stabilizují klastr 4Fe-4S v katalytické podjednotce. Strukturálně je α podjednotka velmi podobná proteinu PsaE, podjednotce Photosystem I, ačkoli podobnost není vidět v jejich sekvencích nebo funkcích.[2]

Katalytická p podjednotka má obecnou α-helikální strukturu s [4Fe-4S centrum]. Centrum FeS a redox aktivní Cystein zbytky jsou umístěny ve smyčkách těchto šroubovic. Cystein-55, 74, 76 a 85 jsou koordinovány s atomy železa v shluk kubánského typu.[2]

Enzymatický mechanismus

FTR je unikátní mezi thioredoxin reduktázy protože používá klastr Fe-S kofaktor spíše než flavoproteiny snížit disulfidové vazby. FTR katalýza začíná jeho interakcí se sníženým ferredoxinem. To pokračuje přitažlivostí mezi FTR Lys-47 a Ferredoxin Glu-92.[7] Jeden elektron z ferredoxinu a jeden elektron z centra Fe-S se oddělí, aby se rozbila disulfidová vazba FTR Cys-87 a Cys-57, vytvořil nukleofilní Cys-57 a oxidoval centrum Fe-S z [4Fe-4S]2+ až [4Fe-4S]3+.[8] Struktura tohoto mezi elektronu (z ferredoxinu) meziproduktu je sporná: Staples et al. naznačují, že Cys-87 je koordinován na síru ve středu Fe-S[6] zatímco Dai a kol. argumentují, že Cys-87 je koordinován na železo.[2] Dále nukleofilní Cys-57, povzbuzený sousedem Histidin zbytek,[9] napadá disulfidový můstek na thioredoxinu a vytváří meziprodukt hetero-disulfidu thioredoxinu. A konečně, nově ukotvená molekula ferredoxinu dodává finální elektron do centra FeS, redukuje jej do původního stavu 2+, reformuje disulfid Cys-87, Cys-57 a plně redukuje thioredoxin na dva thioly.[7]

Reference

  1. ^ Buchanan B, Schurmann P, Wolosiuk R, Jacquot J (2002). "Systém ferredoxin / thioredoxin: od objevu k molekulárním strukturám a dále". Objevy ve fotosyntéze. 73 (1–3): 215–222. doi:10.1023 / A: 1020407432008. PMID  16245124. S2CID  18588801.
  2. ^ A b C d E F Dai S, Schwendtmayer C, Schurmann P, Ramaswamy S, Eklund H (leden 2000). „Redoxní signalizace v chloroplastech: štěpení disulfidů klastrem železo-síra“ (PDF). Věda. 287 (5453): 655–8. doi:10.1126 / science.287.5453.655. PMID  10649999.
  3. ^ Hirasawa Masakazu; Schurmann Peter; Jacquot Jean-Pierre (1999). "Oxidačně-redukční vlastnosti chloroplastů, thioredoxinů, ferredoxinu: thioredoxinreduktázy a thioredoxinu f-regulovaných enzymů" (PDF). Biochemie. 38 (16): 5200–5205. doi:10.1021 / bi982783v. PMID  10213627.
  4. ^ A b Buchanan (červenec 1991). „Regulace asimilace CO2 v kyslíkové fotosyntéze: Systém ferredoxin / thioredoxin: Pohled na jeho objev, současný stav a budoucí vývoj.“ Archivy biochemie a biofyziky. 288 (1): 1–9. doi:10.1016 / 0003-9861 (91) 90157-E. PMID  1910303.
  5. ^ Jacquot J, Lancelin J, Meyer Y (srpen 1997). "Thioredoxiny: struktura a funkce v rostlinných buňkách". Nový fytolog. 136 (4): 543–570. doi:10.1046 / j.1469-8137.1997.00784.x. JSTOR  2559149.
  6. ^ A b Staples C, Ameyibor E, Fu W, Gardet-Salvi L, Stritt-Etter A, Schurmann P, Knaff D, Johnson M (září 1996). „Funkce a vlastnosti centra obsahujícího železo a síru ve špenátu Ferredoxin: thioredoxinreduktáza: nová biologická role pro klastry železo-síra“. Biochemie. 35 (35): 11425–11434. doi:10.1021 / bi961007p. PMID  8784198.
  7. ^ A b Dai S, Friemann R, Glauser D, Bourqin F, Manieri W, Schurmann P, Eklund H (červenec 2007). "Strukturální snímky podél reakční dráhy ferredoxin-thioredoxin reduktázy". Příroda. 448 (7149): 92–96. doi:10.1038 / nature05937. PMID  17611542. S2CID  4366810.
  8. ^ Jameson G, Elizabeth W, Manieri W, Schurmann P, Johnson M, Huynh B (2003). „Spektroskopický důkaz pro chemii konkrétního místa na jedinečném místě železa klastru [4Fe-4S] ve ferredoxinu: thioredoxinreduktáza“. Journal of the American Chemical Society. 125 (5): 1146–1147. doi:10.1021 / ja029338e. PMID  12553798.
  9. ^ Glauser DA, Bourquin F, Manieri W, Schurmann P (duben 2004). „Charakterizace ferredoxinu: thioredoxin reduktáza modifikovaná místně cílenou mutagenezí“. The Journal of Biological Chemistry. 279 (16): 16662–16669. doi:10,1074 / jbc.M313851200. PMID  14769790.
Tento článek včlení text od public domain Pfam a InterPro: IPR004209
Tento článek včlení text od public domain Pfam a InterPro: IPR004207

externí odkazy