Flavin reduktáza - Flavin reductase

flavin reduktáza
Identifikátory
EC číslo1.5.1.30
Číslo CAS56626-29-0
Databáze
IntEnzIntEnz pohled
BRENDAVstup BRENDA
EXPASYPohled NiceZyme
KEGGVstup KEGG
MetaCycmetabolická cesta
PRIAMprofil
PDB strukturRCSB PDB PDBe PDBsum
Genová ontologieAmiGO / QuickGO

Flavin reduktáza třída enzymů. Existuje celá řada flavin reduktáz (např. FRP, FRE, FRG atd.), Které váží volné flaviny a prostřednictvím vodíkové vazby katalyzují redukci těchto molekul na redukovaný flavin. Riboflavin neboli vitamin B a mononukleotid flavinu jsou dva z nejznámějších flaviny v těle a používají se v různých procesech, které zahrnují metabolismus tuků[1] a ketony[2] a snížení methemoglobin v erytrocytech.[3] Flavin reduktázy jsou podobné a často se zaměňují za železité reduktázy kvůli jejich podobnému katalytickému mechanismu a strukturám.[4]

v enzymologie, a flavin reduktáza (ES 1.5.1.30 ) je enzym že katalyzuje the chemická reakce

riboflavin + NADPH + H+ snížený riboflavin + NADP + H+

Tedy dva produkty tohoto enzymu jsou sníženy riboflavin a NADP+, zatímco jeho 3 substráty jsou riboflavin, NADPH, a H+.

Tento enzym patří do rodiny oxidoreduktázy, konkrétně těch, kteří působí na skupinu CH-NH dárců s NAD+ nebo NADP+ jako akceptor. The systematické jméno této třídy enzymů je redukovaný riboflavin: NADP + oxidoreduktáza. Mezi další běžně používaná jména patří NADPH: flavin oxidoreduktáza, riboflavin mononukleotid (redukovaný nikotinamid adenin dinukleotid, fosfát) reduktáza, flavin mononukleotid reduktáza, flavin mononukleotid reduktáza, FMN reduktáza (NADPH), FMAD reduktáza závislá na NADPH, NADPH-flavin reduktáza, NADPH-FMN reduktáza, NADPH specifická FMN reduktáza, riboflavin mononukleotid reduktáza, riboflavin mononukleotid reduktáza, NADPH2 dehydrogenáza (flavin), a NADPH2: riboflavin oxidoreduktáza.

Struktury reaktantů a produktů

  • Toto je struktura flavin mononukleotidu.

  • Toto je struktura redukovaného flavinového mononukleotidu.

  • Toto je struktura NADP +

Flavin reduktáza je a dimer skládá se ze dvou podjednotek. Každá podjednotka je podobná. Flavin reduktáza P, FRP, byla studována Tannerem, Lei, Tu a Krause a bylo zjištěno, že má strukturu tvořenou dvěma podjednotkami, z nichž každá obsahuje sendvičovou doménu a exkurzní doménu. Exkurzní domény každé podjednotky se natahují, aby spojily sendvičovou doménu druhé podjednotky. Tím se vytvoří velký hydrofobní jádro ve flavin reduktáze[5] The enzym má dva vazebná místa, jeden pro NADPH a jeden pro flavin mononukleotid Podklad. Isoalloxazinový kruh flavin mononukleotidu je kde snížení dojde. To je tedy místo, kde flavin vytváří různé druhy Vodíkové vazby se připojit k aminokyselina postranní řetězce flavin reduktázy.[6] Postranní řetězce 167–169 ve FRP blokují isoalloxazinový kruh FAD z vazby na enzym, čímž se z FRP stane FMN specifická flavin reduktáza.[5] Umístění methylových skupin v isoalloxazinovém kruhu může mít také vliv na vazbu a specificitu enzymu pro substrát.[7] Došlo k vyčerpání C-koncového prodloužení, které umožňuje vazbu NADPH, a studie ukazují, že pokud je odstraněno, je vyčerpáno, zvyšuje se katalytická aktivita.[8]

Mechanismus

  • To ukazuje vodíkovou vazbu flavin reduktázy s flavin mononukleotidem.

  • Mechanismus ping pongu je zobrazen s vazbou NADPH jako první a ponechán jako NADP + před tím, než je FMN navázána Flavin reduktázou.

The mechanismus procesu flavin reduktázy je popsán výše a s největší pravděpodobností sleduje kinetický vzorec ping pongu.[5] To znamená, že se jedná o mechanismus bisubstrát-biprodukt. Nejprve se váže enzym flavin reduktáza NADPH a stabilizuje uvolnění hydrid. Kvůli sterics, není možné, aby se enzym vážil jak na NADPH, tak na flavin.[5] Z tohoto důvodu, NADP + se uvolní a potom se flavinový substrát váže na enzym. V tomto kroku hydrid zaútočí Dusík na flavinu, což umožňuje další protonace. Poté se redukovaný flavin uvolňuje z flavin reduktázy jako druhého produktu. Tímto způsobem je redukce flavinu závislá na nejprve vázání flavin reduktázy NADPH, nebo v některých případech NADH.[6]

Biologická funkce

Flavin reduktázy existují v řadě organismy, včetně zvířat a bakterií. v světelný organismy, flavin reduktáza je důležitá v luciferáza proces.[6] V experimentu s P. fischeri a B. harveyi buňky, bioluminiscence byla zvýšena jako in vivo byla zvýšena koncentrace flavin reduktázy. To naznačuje spojení mezi komplexem flavin reduktáza-luciferáza nebo redukovaným flavinem a procesem luminiscence v bakterie.[9] Bakterie oxidují redukovaný flavin mononukleotid na oxidovaný FMN a přenášejí ho volnou fúzí za vzniku světla.[10]

U lidí, flavin reduktáza často katalyzuje an NADPH závislá redukce flavin mononukleotidu, ke které dochází v methemoglobin v erytrocyty a játra.[11]

Rovněž bylo navrženo, že flavinreduktázy hrají roli při výrobě peroxid vodíku. To by bylo biologicky užitečné, protože H2O2 pomáhá tělu udržovat homeostatickou mikrobiotu. Studie ukázala, že u žen s laktobacilem, který produkoval peroxid vodíku, byla menší pravděpodobnost vzniku bakteriální vaginózy před porodem.[12] Bylo to také vidět v Trichomonas vaginalis že snížené hladiny flavin reduktázy zvýšily cyklování metronidazol protože flavin reduktáza má antioxidační účinek, který snižuje hladinu kyslíku a udržuje populaci metronidazolu.[13]

Budoucnost enzymu

V současné době je vidět, že bakteriální flavin reduktáza může být použita k senzibilizaci karcinomy nebo nádory na pro drogy. Nejprve byly zacíleny flavin reduktázy k zacílení na hypoxie nádorů. Současný výzkum však ukazuje zájem o tyto molekuly reduktázy, konkrétně z MSuE Pseudomonas aeruginosa u kterého bylo prokázáno, že zvyšuje účinnost proléčiv pro rakovinové nádory.[14] Bylo prokázáno, že dvojitá flavin reduktáza se účastní aktivace protinádorových léků.[15] Existují také molekuly, které při oxidaci mohou být karcinogenní. V tomto případě je užitečné mít flavin reduktázu ke snížení těchto molekul, jako je například karcinogenní chromát.[16]

Reference

  1. ^ Ceccoli RD, Bianchi DA, Rial DV (6. února 2014). "Flavoprotein monooxegenázy pro oxidační biokatalýzu". Přední mikrobiol. 5: 25. doi:10.3389 / fmicb.2014.00025. PMC  3915288. PMID  24567729.
  2. ^ Kadow M, Balke K, Willetts A, Bornscheuer UT, Bäckvall JE (5. listopadu 2013). „Funkční shromáždění kafru konvertujícího dvousložkové Baeyer – Villiger monooxygenázy s flavin reduktázou z E-coli". Appl. Microbiol. Biotechnol. 98 (9): 3975–86. doi:10.1007 / s00253-013-5338-3. PMID  24190498.
  3. ^ Yubisui T, Takeshita M, Yoneyama Y (červen 1980). „Redukce methemoglobinu prostřednictvím flavinu při fyziologické koncentraci lidských erytrocytů NADPH-flavin reduktázou“. J. Biochem. 87 (6): 1715–20. doi:10.1093 / oxfordjournals.jbchem.a132915. PMID  7400118.
  4. ^ Marc Fontecave; Jacques Coves; Jean-Louis Pierre (27. dubna 1993). "Železité reduktázy nebo flavin reduktázy". Biometály. 7 (1): 3–8. doi:10.1007 / bf00205187. PMID  8118169.
  5. ^ A b C d Tanner, JJ; B. Lei; SC Tu; KL Krause (22. října 1996). „Flavin reduktáza P: Struktura dimerního enzymu, který snižuje flavin“. Biochemie. 35 (42): 13531–9. doi:10.1021 / bi961400v. PMID  8885832.
  6. ^ A b C Takahito Imagawa; Toshiharu Tsurumura; Yasasushi Sugimoto; Kenji Aki; Kazumi Ishido; Seiki Kuramitsu; Hideaki Tsuge (3. listopadu 2011). "Strukturální základ volného snížení produkce flavinů pomocí flavin reduktázy z Thermus Thermophilus". J. Biol. Chem. 286 (51): 44078–85. doi:10.1074 / jbc.M111.257824. PMC  3243531. PMID  22052907.
  7. ^ Fieschi F, Niviere V, Frier C, Decout JL, Fontecave M (22. prosince 1995). „Mechanismus a specifičnost substrátu NADPH: Flavin oxidoreduktáza z Escherichia Coli“. J. Biol. Chem. 270 (51): 30392–400. doi:10.1074 / jbc.270.51.30392. PMID  8530465.
  8. ^ Seo D, Asano T, Komori H, Sakurai T (30. ledna 2014). „Role prodloužení C-terminálu naskládaná na tvář isoalloxazinové kruhové části flavinu“. Plant Physiol. Biochem. 81: 143–8. doi:10.1016 / j.plaphy.2014.01.011. hdl:2297/36899. PMID  24529496.
  9. ^ Warren Duane; JW Hastings (10. června 1974). "Flavin nomonukleotidová reduktáza světelných bakterií". Mol. Buňka. Biochem. 6 (1): 53–64. doi:10.1007 / BF01731866. PMID  47604.
  10. ^ Tinikul R, Pisawong W, Sucharitakul J, Nijvipakul S, Ballou DP, Chaiyen P (1. října 2013). "Přenos redukovaného flavinového mononukleotidu z LuxG oxidoreduktázy na luciferázu prostřednictvím volné difúze". Biochemie. 52 (39): 6834–43. doi:10.1021 / bi4006545. PMID  24004065.
  11. ^ Shalloe F, Elliott G, Ennis O, Mantle TJ (1. června 1996). „Důkazy, že beta-reduktáza biliverdin-IX a flavin reduktáza jsou totožné“. Biochem. J. 316 (2): 385–7. doi:10.1042 / bj3160385. PMC  1217361. PMID  8687377.
  12. ^ Hertzberger R; Arents Jos; Dekker H; Pridmore R; Gysler C; Kleerebezem M; Teixeira de Mattos M (31. ledna 2014). „Produkce H2O2 v druzích skupiny Lactobacillus acidophilus, ústřední role nové NADPH závislé flavin reduktázy“. Appl. Environ. Microbiol. 80 (7): 2229–39. doi:10.1128 / AEM.04272-13. PMC  3993133. PMID  24487531.
  13. ^ Leitsch, David; Janssen, Brian D .; Kolarich, Daniel; Johnson, Patricia J .; Duchêne, Michael (2014). „Trichomonas vaginalisflavin reduktáza 1 a její role v rezistenci na metronidazol“. Molekulární mikrobiologie. 91 (1): 198–208. doi:10,1111 / mmi.12455. ISSN  0950-382X. PMC  4437529. PMID  24256032.
  14. ^ Green LK, Storey MA, Williams EM, Patterson AV, Smaill JB, Copp JN, Ackerley DF (8. srpna 2013). „Flavinreduktáza MsuE je nová nitroreduktáza, která může účinně aktivovat dvě slibné prekurzory nové generace pro genovou terapii enzymovými proléčivy“. Rakoviny (Basilej). 5 (3): 985–97. doi:10,3390 / rakoviny 5030985. PMC  3795375. PMID  24202330.
  15. ^ Paine MJ, Garner AP, Powell D, Sibbald J, Sales M, Pratt N, Smith T, Tew DG, Wolf CR (14. ledna 2000). „Klonování a charakterizace nové lidské duální flavin reduktázy“. J. Biol. Chem. 275 (2): 1471–8. doi:10.1074 / jbc.275.2.1471. PMID  10625700.
  16. ^ Puzon GJ, Petersen JN, Roberts AG, Kramer DM, Xun L (31. května 2002). „Bakteriální systém flavin reduktázy redukuje chromany na rozpustný komplex chrom (III) -NAD (+)“. Biochem. Biophys. Res. Commun. 294 (1): 76–81. doi:10.1016 / S0006-291X (02) 00438-2. PMID  12054743.