Rtuťová (II) reduktáza - Mercury(II) reductase - Wikipedia

rtuťnatá (II) reduktáza
Struktura proteinu rtuťové reduktázy.jpg
Identifikátory
EC číslo1.16.1.1
Číslo CAS67880-93-7
Databáze
IntEnzIntEnz pohled
BRENDAVstup BRENDA
EXPASYPohled NiceZyme
KEGGVstup KEGG
MetaCycmetabolická cesta
PRIAMprofil
PDB strukturRCSB PDB PDBe PDBsum
Genová ontologieAmiGO / QuickGO

Rtuťová (II) reduktáza (ES 1.16.1.1 ), běžně známý jako MerA, je oxidoreduktáza enzym a flavoprotein že katalyzuje the snížení z Hg2+ na Hg0. Rtuťnatá reduktáza se vyskytuje v cytoplazmě mnoha lidí eubakterie[1] v aerobním i anaerobním prostředí[2] a slouží k přeměně toxických iontů rtuti na relativně inertní elementární rtuť.

Gen

Merkur (II) reduktáza, běžně známá jako MerA, je kódována v a strukturní gen nalezeno na mer loci nebo jako transposon 501 (Tn501).[3] Sdílí to stejné promotér region jako třída transportu rtuti bílkoviny, jako jsou MerP a MerT, a regulační faktor MerD.[1] MerA transkripce je regulován MerR i MerD.[1]

Funkce

Mohou se vázat volné ionty rtuti metaloproteiny, zejména s cystein zbytky a mohou způsobit nesprávné konformace vedoucí ke ztrátě funkce. To může způsobit smrt mnoha bakterií, stejně jako mnoho jiných těžkých kovů, a proto je třeba je z buňky odstranit nebo přeměnit na chemicky inertní formu. Rtuťnatá (II) reduktáza bere Hg2+ a katalyzuje jeho redukci na Hg0 který se poté uvolní z buňky jako pára. Rtuť ve své elementární formě nemá schopnost tvořit stabilní komplexy se zbytky aminokyselin v bílkovinách, takže je méně nebezpečná než její iontová forma.

Mechanismus

Hg2+ + NADPH → Hg0 + H+ + NADP+

Mechanismus aktivního místa rtuťové reduktázy

1. Hg2+ + 2Cys-S− → Cys-S-Hg-S-Cys

2. FAD + NADPH → FADH− + NADP+

3. Cys-S-Hg-S-Cys + FADH− → H+ + Hg0 + FAD + 2Cys-S−

The substráty používané v rtuťnaté (II) reduktáze, jak je uvedeno výše, jsou Hg2+ a NADPH. V katalyzátoru Aktivní stránky enzymu, Hg2+ se koná jako komplex se dvěma cystein thioláty v lineární geometrie.[4] NADPH z cytoplazma buňky podstoupit a hydrid přenos s vloženým FAD formování FADH−.[4] Výsledný FADH− pak snižuje Hg2+ do Hg0, podle pořadí oxidovaný zpět do FAD.[4] Po redukci se rtuť poté uvolní z enzymu jako těkavá pára.

Rtuťová (II) reduktáza nemůže úplně redukovat organortuť sloučeniny jako methyl rtuť. MerB tedy štěpí vazby uhlík-rtuť protonolýzou a tvoří komplex rtuti a dithiolátu, na kterém MerB transportuje rtuť přímo k MerA za účelem redukce.[5]

Struktura

Aktivní forma rtuti (II) reduktázy se nalézá jako a homodimer.[4] Má to kvartérní konformace a monomer se skládá ze dvou domén.[4]

NmerA

Jedna z domén rtuťnaté reduktázy, NmerA, má strukturální záhyb βαββαβ.[6] Je připojen k aktivnímu místu prostřednictvím linkerů vyrobených z přibližně 30 aminokyselin.[6] NmerA obsahuje dva cysteinové zbytky, které fungují při získávání Hg2+ z jiných proteinů nebo anorganických ligandů, jako je MerT a přímý transport do katalyzátoru Aktivní stránky MerA.[7] Bylo zjištěno, že jen velmi málo reduktáz rtuťnatých postrádá doménu NmerA.[6]

Aktivní stránky

Aktivní místo MerA se skládá ze čtyř cysteinových zbytků, FAD a a tyrosin zbytek. Při vazbě na Hg2+, vzniká komplex s alespoň dvěma cysteinthioláty kdykoli až do uvolnění.[4] Dva cysteinové zbytky (Cys-136 a Cys-141) jsou pohřbeny v proteinu a další dva cysteinové zbytky (Cys-558 'a Cys-559') se nacházejí poblíž povrchu poblíž C konce.[4] Zakryté cysteinové zbytky fungují jako místo katalýzy, zatímco povrchové cysteinové zbytky fungují jako transport do místa katalýzy.[4]

Během Hg2+ přenos do katalytického aktivního místa z cysteinových zbytků C-konce, a trigonální planární středně pokročilí je tvořen stabilizován vodíkové vazby molekuly vody na thioláty.[4] Molekula vody je udržována na místě vodíkovou vazbou z hydroxylové skupiny blízkého tyrosinového zbytku (Tyr-194).[4]

Transport rtuti

Různé proteiny pomáhají při transportu rtuti na rtuťnatou (II) reduktázu. MerP, a periplazmatický rtuťový transportní protein nalezený v gram negativní bakterie, transportuje rtuť přes vnější membránu do vnitřní membrány, kde drží rtuť, aby se na ni mohl vázat další protein a transportovat na rtuť (II) reduktázu.[1] MerT, protein vázaný na membránu, který se nachází v gramnegativním i gram pozitivní bakterie, váže se na volně plovoucí rtuť.[1] Rtuťová (II) reduktáza může přímo přijímat rtuť z MerT a MerP.[1]

Když rtuť vstupuje do buňky a není vázána na membránový protein, může ji rtuťnatá (II) reduktáza sama transportovat na své aktivní místo v závislosti na velikosti jeho ligandy.[8] Pokud jsou ligandy připojené ke rtuti velké, používá rtuťnatá (II) reduktáza k transportu rtuti na své aktivní místo zbytky cysteinu na C-konci.[8] Pokud jsou ligandy malé, může rtuť přejít přímo na aktivní místo pro redukci.[8] Ligandy lze odstranit doménou NmerA.[8]

V případě organortuťových sloučenin MerB rozbíjí vazby Hg-C a transportuje Hg na rtuťnatou (II) reduktázu.[5]

Nařízení

Pokud není vázán na Hg2+, rtuťnatá (II) reduktáza působí jako oxidáza vytváří toxické peroxid vodíku.[1] Přebytek enzymu tedy může vést k bakteriální smrti. Bakterie vyvinuli dva regulační proteiny, MerR a MerD, pro rtuťnatou reduktázu.[1] Na mer lokusech jsou dvě promotorové oblasti: První oblast kóduje regulační protein MerR a druhá oblast kóduje strukturní mer geny a gen pro regulační protein MerD. Obě oblasti promotoru se překrývají.[1]

MerR se váže na operátor v promotoru strukturního genu mer nazývaného MerO.[1] Tato vazba způsobí, že se DNA mer loci ohne kam RNA polymeráza region nelze přečíst. Hg2+ se může vázat na MerR a alostericky změnit tvar DNA tak, aby RNA polymeráza mohla číst promotorovou oblast strukturních genů.[1] Jelikož se obě promotorové oblasti překrývají, když je apoMerR navázán na MerO, změna v DNA konformaci nezpůsobí čtení strukturálních genů ani regulačních genů. To dělá z MerR zápor autoregulátor.[1]

MerR tvoří stabilní trigonální planární komplex s Hg2+, což způsobuje, že se uvolňuje mnohem později, než když rtuťnatá reduktáza snížila veškerý volný Hg2+ v cytoplazmě.[1] Způsobuje tedy nadbytek produkce rtuťnaté (II) reduktázy. Aby se tento problém obešel, MerD se také váže na MerO, aby mohl jednat antagonisticky na Hg2+ vázaný MerR.[1] MerD se vytváří, když je MerR aktivní s Hg2+ protože MerD je kódován ve strukturních mer genech.

Aplikace a použití

v čištění odpadních vod postupy, rtuť je někdy odstraněna z vody tím, že voda protéká a biofilm bohatý na bakterie obsahující rtuť (II) reduktázu.[1]

Reference

  1. ^ A b C d E F G h i j k l m n Ó Barkay T, Miller SM, Summers AO (červen 2003). „Bakteriální odolnost rtuti od atomů k ekosystémům“. Recenze mikrobiologie FEMS. 27 (2–3): 355–84. doi:10.1016 / s0168-6445 (03) 00046-9. PMID  12829275.
  2. ^ Ní Chadhain SM, Schaefer JK, Crane S, Zylstra GJ, Barkay T (říjen 2006). „Analýza rozmanitosti genů rtuťové reduktázy (merA) v obohacení sedimentů kontaminovaných anaerobní rtutí“. Mikrobiologie prostředí. 8 (10): 1746–52. doi:10.1111 / j.1462-2920.2006.01114.x. PMID  16958755.
  3. ^ Moore MJ, Walsh CT (únor 1989). „Mutageneze párů N- a C-terminálních cysteinů Tn501 reduktázy rtuti: důsledky pro bakteriální detoxikaci rtuti“. Biochemie. 28 (3): 1183–94. doi:10.1021 / bi00429a036. PMID  2540817.
  4. ^ A b C d E F G h i j Lian P, Guo HB, Riccardi D, Dong A, Parks JM, Xu Q, Pai EF, Miller SM, Wei DQ, Smith JC, Guo H (listopad 2014). „Rentgenová struktura komplexu Hg2 + s rtuťovou reduktázou (MerA) a kvantová mechanická / molekulární mechanická studie přenosu Hg2 + mezi páry cysteinů na C-konci a v zakopaném katalytickém místě“. Biochemie. 53 (46): 7211–22. doi:10.1021 / bi500608u. PMC  4245977. PMID  25343681.
  5. ^ A b Lafrance-Vanasse J, Lefebvre M, Di Lello P, Sygusch J, Omichinski JG (leden 2009). „Krystalové struktury organomerkuriální lyázy MerB ve volné formě vázané na rtuť: pohled na mechanismus degradace methylrtuti.“. The Journal of Biological Chemistry. 284 (2): 938–44. doi:10.1074 / jbc.m807143200. PMID  19004822.
  6. ^ A b C Hong L, Sharp MA, Poblete S, Biehl R, Zamponi M, Szekely N, Appavou MS, Winkler RG, Nauss RE, Johs A, Parks JM, Yi Z, Cheng X, Liang L, Ohl M, Miller SM, Richter D , Gompper G, Smith JC (červenec 2014). „Struktura a dynamika kompaktního stavu vícedoménového proteinu, rtuťové iontové reduktázy“. Biofyzikální deník. 107 (2): 393–400. Bibcode:2014BpJ ... 107..393H. doi:10.1016 / j.bpj.2014.06.013. PMC  4104034. PMID  25028881.
  7. ^ Ledwidge R, Patel B, Dong A, Fiedler D, Falkowski M, Zelikova J, Summers AO, Pai EF, Miller SM (srpen 2005). „NmerA, doména vázající kov merkurické iontové reduktázy, odstraňuje Hg2 + z proteinů, dodává jej do katalytického jádra a chrání buňky za podmínek vyčerpaných glutathionem“. Biochemie. 44 (34): 11402–16. doi:10.1021 / bi050519d. PMID  16114877.
  8. ^ A b C d Engst S, Miller SM (březen 1999). „Alternativní způsoby vstupu HgX2 do aktivního místa reduktázy rtuti závisí na povaze X ligandů“. Biochemie. 38 (12): 3519–29. doi:10.1021 / bi982680c. PMID  10090738.