Альдегид ферредоксин оксидоредуктаза - Aldehyde ferredoxin oxidoreductase
| Альдегид ферредоксин оксидоредуктаза | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Идентификаторы | |||||||||
| Номер ЕС | 1.2.7.5 | ||||||||
| Количество CAS | 138066-90-7 | ||||||||
| Базы данных | |||||||||
| IntEnz | Просмотр IntEnz | ||||||||
| БРЕНДА | BRENDA запись | ||||||||
| ExPASy | Просмотр NiceZyme | ||||||||
| КЕГГ | Запись в KEGG | ||||||||
| MetaCyc | метаболический путь | ||||||||
| ПРИАМ | профиль | ||||||||
| PDB структуры | RCSB PDB PDBe PDBsum | ||||||||
| |||||||||
| AFOR_N | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
 структура гипертермофильного фермента вольфстоптерин, альдегид ферредоксин оксидоредуктаза | |||||||||
| Идентификаторы | |||||||||
| Символ | AFOR_N | ||||||||
| Pfam | PF02730 | ||||||||
| ИнтерПро | IPR013983 | ||||||||
| SCOP2 | 1a или / Объем / СУПФАМ | ||||||||
| |||||||||
| AFOR_C | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Идентификаторы | |||||||||
| Символ | AFOR_C | ||||||||
| Pfam | PF01314 | ||||||||
| ИнтерПро | IPR001203 | ||||||||
| SCOP2 | 1a или / Объем / СУПФАМ | ||||||||
| |||||||||
В энзимология, альдегид ферредоксин оксидоредуктаза (EC 1.2.7.5 ) является фермент который катализирует то химическая реакция
- альдегид + H2O + 2 окисленный ферредоксин кислота + 2 H+ + 2 восстановленный ферредоксин
Этот фермент принадлежит к семейству оксидоредуктазы особенно те, которые действуют на альдегидную или оксогруппу донора с белком железо-сера в качестве акцептора. В систематическое название этого класса ферментов альдегид: ферредоксин оксидоредуктаза. Этот фермент еще называют AOR. Это относительно редкий пример вольфрамсодержащего белка.[1]
Вхождение
Активный центр семейства AOR имеет оксо-вольфрамовый центр, связанный с парой молибдоптерин кофакторы (который не содержит молибдена) и 4Fe-4S кластер.[2][3] Это семейство включает AOR, формальдегид ферредоксин оксидоредуктазу (FOR), глицеральдегид-3-фосфат ферредоксин оксидоредуктаза (GAPOR), все выделены из гипертермофильных архея;[2] карбоновая кислота редуктаза найден в клостридиях;[4] и гидроксикарбоксилатвиологен оксидоредуктаза из Proteus vulgaris, единственный член семейства AOR, содержащий молибден.[5] GAPOR может участвовать в гликолиз,[6] но функции другого белки пока не ясно. Было предложено, чтобы AOR был основным ферментом, ответственным за окисление альдегидов, которые производятся 2-кетокислотой. оксидоредуктазы.[7]
AOR находится в гипертермофильные археи, Pyrococcus furiosus.[1] Археоны Пирококк Штамм ES-4 и Термококк Штаммы ES-1 различаются по своей субстратной специфичности: AFO демонстрируют более широкий диапазон размеров своих альдегид субстраты. Его основная роль заключается в окислении альдегида, образующегося в результате метаболизма аминокислот и глюкозы.[8] Альдегид-ферредоксиноксидоредуктаза является членом семейства AOR, которое включает глицеральдегид-3-фосфат-ферредоксин оксидоредуктазу (GAPOR) и формальдегид-ферредоксиноксидоредуктазу.[3]
Функция
AOR функционирует в условиях высоких температур (~ 80 градусов Цельсия) при оптимальном pH 8-9. Он чувствителен к кислороду, поскольку теряет большую часть своей активности из-за воздействия кислорода и работает в цитоплазме, где является восстановительной средой. Таким образом, воздействие кислорода или понижение температуры вызывает необратимую потерю его каталитических свойств. Кроме того, из-за чувствительности AOR к кислороду очистка фермента проводится при аноксический среды.[8]
Предполагается, что AOR играет роль в Путь Энтнера-Дудорова (деградация глюкозы) из-за ее повышенной активности с мальтоза включение.[3] Однако другие предложения включают его роль в окислении побочных альдегидных продуктов метаболизма аминокислот, происходящих из деаминированных 2-кетокислот. Основными субстратами альдегид-ферредоксин-оксидоредуктазы являются ацетальдегид, фенилацетальдегид, и изовалердегид, который является продуктом метаболизма общих аминокислот и глюкозы.[8] Например, ацетальдегид достигает значения kcat / KM до 22,0 мкМ-1с-1.[8] Фактически, некоторые микроорганизмы используют только аминокислоты в качестве источника углерода, например, штамм Thermococcus ES1; таким образом, они используют альдегид ферредоксин оксидоредуктазу для метаболизма источника углерода аминокислоты.[8]
Структура
AOR гомодимерный. Каждая субъединица 67 кДа содержит 1 вольфрам и 4-5 Утюг атомы.[3] Две субъединицы соединены мостом между железным центром с низким спином. Считается, что эти две субъединицы функционируют независимо.[3]
- Вольфрам-птерин
Вольфрам в активном центре AOR принимает искаженную квадратную пирамидальную геометрию, связанную оксо / гидроксолигандом, и дитиолен заместители двух молибдоптерин кофакторы.[3]
Два молибдоптерин кофакторы связывают вольфрам,[9] как наблюдается во многих родственных ферментах.[9] Вольфрам не связан напрямую с белком.[9] Фосфатные центры, подвешенные на кофакторе, связаны с Mg2+, который также связан Asn93 и Ala183, чтобы завершить свою октаэдрическую координационную сферу.[3][9] Таким образом, атомы птерина и вольфрама связаны с ферментом AOR главным образом через сети водородных связей птерина с аминокислотными остатками.[3] Кроме того, два водных лиганда, занимающие октаэдрическую геометрию, участвуют в сетках водородных связей с птерином, фосфатом и Mg2+.[9] В то время как кластер [Fe4S4] связан с четырьмя лигандами Cys, птерин, богатый амино- и эфирными связями, взаимодействует с последовательностями Asp-X-X-Gly-Leu- (Cys / Asp) в ферменте AOR.[3] В такой последовательности остаток Cys494 также связан водородной связью с кластером [Fe4S4].[3] Это указывает на то, что остаток Cys494 соединяет вольфрамовый сайт и кластерный сайт [Fe4S4] в ферменте.[3] Атом железа в кластере дополнительно связан с тремя другими лигандами цистеина:.[9] Кроме того, еще один линкерный аминокислотный остаток между кластером ферредоксина и птерином - это Arg76, который связывается водородом как с птерином, так и с ферредоксином.[3] Предполагается, что такие взаимодействия водородных связей подразумевают циклическую кольцевую систему птерина в качестве переносчика электронов.[3] Кроме того, C =О центр птерина связывает Na+.[8] Центр W = O предложен, кристаллографически не подтвержден.[9]
AOR состоит из трех доменов: домена 1, 2 и 3.[8] В то время как домен 1 содержит птерин, связанный с вольфрамом, два других домена обеспечивают канал от вольфрама до поверхности белка (длиной 15 ангстрем), чтобы позволить специфическим субстратам проникать в фермент через его канал.[8] В активном центре эти молекулы птерина находятся в седлообразной конформации (500 к нормальной плоскости), чтобы «сидеть» на домене 1, который также принимает форму с бета-слоями для размещения сайта вольфрам-птерин.[8]
- Утюг
Железный центр между двумя субъединицами выполняет структурную роль в AOR.[8] Атомы металлического железа принимают тетраэдрическую конформацию, в то время как координация лиганда происходит от двух гистидинов и глутаминовой кислоты.[8] Неизвестно, что это имеет какую-либо функциональную роль в окислительно-восстановительной активности белка.[8]
- Fe4S4 центр
Кластер [Fe4S4] в AOR в некоторых аспектах отличается от других молекул ферредоксина.[3] Измерения ЭПР подтверждают, что он служит одноэлектронным челноком.[3]
Механизм альдегида ферредоксин оксидоредуктазы
В каталитическом цикле W (VI) (вольфрамовая «шестерка») превращается в W (IV) одновременно с окислением альдегида до карбоновой кислоты (эквивалентно карбоксилату).[3] Промежуточный продукт W (V) может быть обнаружен Спектроскопия ЭПР.[3][8]
Общий механизм реакции ЗО:[10]
- RCHO + H2O → RCO2H + 2H+ + 2 е−
Редокс-эквиваленты предоставляются кластером 4Fe-4S.
Предполагается, что остаток тирозина активирует электрофильный центр альдегидов за счет Н-связи с карбонильным атомом кислорода, координированным с центром W.[10] Остаток глутаминовой кислоты рядом с активным центром активирует молекулу воды для нуклеофильной атаки на карбонильный центр альдегида.[10] После нуклеофильной атаки водой гидрид переходит на оксо-вольфрамовый сит, таким образом,.[10] Впоследствии W (VI) регенерируется путем переноса электрона на центр 4Fe-4S.[10] В случае формальдегид-ферредоксин-оксидоредуктазы Glu308 и Tyr 416 будут задействованы, тогда как показано, что Glu313 и His448 присутствуют в активном сайте AOR.[9][10]
Рекомендации
- ^ а б Маджумдар А., Саркар С. (май 2011 г.). «Биоинорганическая химия ферментов молибдена и вольфрама: подход структурно-функционального моделирования». Обзоры координационной химии. 255 (9–10): 1039–1054. Дои:10.1016 / j.ccr.2010.11.027.
- ^ а б Кискер С, Шинделин Х, Рис, округ Колумбия (1997). «Ферменты, содержащие кофактор молибдена: структура и механизм» (PDF). Анну. Преподобный Biochem. 66: 233–67. Дои:10.1146 / annurev.biochem.66.1.233. PMID 9242907.
- ^ а б c d е ж грамм час я j k л м п о п q Клецин А., Адамс М.В. (март 1996 г.). «Вольфрам в биологических системах». FEMS Microbiol. Rev. 18 (1): 5–63. Дои:10.1111 / j.1574-6976.1996.tb00226.x. PMID 8672295.
- ^ Уайт Х, Штробл Г., Фейхт Р., Саймон Х. (сентябрь 1989 г.). «Редуктаза карбоновой кислоты: новый фермент вольфрама катализирует восстановление неактивированных карбоновых кислот до альдегидов». Евро. J. Biochem. 184 (1): 89–96. Дои:10.1111 / j.1432-1033.1989.tb14993.x. PMID 2550230.
- ^ Траутвайн Т., Краусс Ф., Лотцпайх Ф., Саймон Х. (июнь 1994 г.). «(2R) -гидроксикарбоксилат-виологен-оксидоредуктаза из Proteus vulgaris представляет собой молибден-содержащий железо-серный белок». Евро. J. Biochem. 222 (3): 1025–32. Дои:10.1111 / j.1432-1033.1994.tb18954.x. PMID 8026480.
- ^ Мукунд С., Адамс М.В. (апрель 1995 г.). «Глицеральдегид-3-фосфатферредоксин оксидоредуктаза, новый вольфрамсодержащий фермент с потенциальной гликолитической ролью в гипертермофильных архее. Pyrococcus furiosus". J. Biol. Chem. 270 (15): 8389–92. Дои:10.1074 / jbc.270.15.8389. PMID 7721730.
- ^ Ма К., Хатчинс А., Сун С.Дж., Адамс М.В. (сентябрь 1997 г.). «Пируватферредоксин оксидоредуктаза из гипертермофильной археи Pyrococcus furiosus, функционирует как CoA-зависимая пируватдекарбоксилаза». Proc. Natl. Акад. Sci. СОЕДИНЕННЫЕ ШТАТЫ АМЕРИКИ. 94 (18): 9608–13. Дои:10.1073 / пнас.94.18.9608. ЧВК 23233. PMID 9275170.
- ^ а б c d е ж грамм час я j k л м Рой Р., Дхаван И.К., Джонсон М.К., Рис, округ Колумбия, Адамс М.В. (2006-04-15). Справочник по металлопротеинам: альдегид-ферредоксиноксидоредуктаза (5-е изд.). John Wiley & Sons, Ltd.
- ^ а б c d е ж грамм час Кискер С, Шинделин Х, Рис, округ Колумбия (1997). «Ферменты, содержащие кофактор молибдена: структура и механизм» (PDF). Ежегодный обзор биохимии. 66: 233–67. Дои:10.1146 / annurev.biochem.66.1.233. PMID 9242907.
- ^ а б c d е ж Беверс Л. Е., Хагедорн П., Хаген В. Р. (февраль 2009 г.). «Биоинорганическая химия вольфрама». Обзоры координационной химии. 253 (3–4): 269–290. Дои:10.1016 / j.ccr.2008.01.017.
дальнейшее чтение
- Мукунд С., Адамс М.В. (1991). «Новый белок вольфрам-железо-сера гипертермофильной архебактерии Pyrococcus furiosus представляет собой альдегид-ферредоксин-оксидоредуктазу. Доказательства его участия в уникальном гликолитическом пути». J. Biol. Chem. 266 (22): 14208–16. PMID 1907273.
- Джонсон Дж. Л., Раджагопалан К. В., Мукунд С., Адамс М. В. (1993). «Идентификация молибдоптерина как органического компонента кофактора вольфрама в четырех ферментах из гипертермофильных архей». J. Biol. Chem. 268 (7): 4848–52. PMID 8444863.
- Рой Р., Менон А.Л., Адамс М.В. (2001). «Альдегид-оксидоредуктазы Pyrococcus furiosus». Методы Энзимол. 331: 132–44. Дои:10.1016 / S0076-6879 (01) 31052-2. PMID 11265456.
