Ферредоксин — НАДФ (+) редуктаза - Ferredoxin—NADP(+) reductase

ферредоксин-НАДФ + редуктаза
Идентификаторы
Номер ЕС1.18.1.2
Количество CAS9029-33-8
Базы данных
IntEnzПросмотр IntEnz
БРЕНДАBRENDA запись
ExPASyПросмотр NiceZyme
КЕГГЗапись в KEGG
MetaCycметаболический путь
ПРИАМпрофиль
PDB структурыRCSB PDB PDBe PDBsum
Генная онтологияAmiGO / QuickGO

В энзимология, а ферредоксин-НАДФ+ редуктаза (EC 1.18.1.2 ) сокращенно FNR, является фермент который катализирует в химическая реакция

2 восстановленный ферредоксин + НАДФ+ + H+ 2 окисленный ферредоксин + НАДФН

3 субстраты этого фермента уменьшенный ферредоксин, НАДФ+, и ЧАС+, а его два товары находятся окисленный ферредоксин и НАДФН. Оно имеет флавин кофактор, FAD.

Этот фермент принадлежит к семейству оксидоредуктазы, которые используют белки железо-сера в качестве доноров электронов и НАД+ или НАДФ+ как акцепторы электронов.

Этот фермент участвует в фотосинтез.

Номенклатура

В систематическое название этого класса ферментов является ферредоксин: НАДФ+ оксидоредуктаза. Другие широко используемые имена включают:

  • адренодоксинредуктаза,
  • ферредоксин-НАДФ+ редуктаза,
  • ферредоксин-НАДФ+ оксидоредуктаза,
  • ферредоксин-никотинамида аденин динуклеотид фосфатредуктаза,
  • ферредоксин-никотинамид-адениндинуклеотид фосфат (окисленный), редуктаза
  • ферредоксин-TPN редуктаза,
  • НАДФ+: ферредоксин оксидоредуктаза,
  • НАДФН: ферредоксин оксидоредуктаза,
  • восстановленный никотинамид аденин динуклеотид фосфат-адренодоксин, редуктаза и
  • TPNH-ферредоксинредуктаза

Механизм

Мультфильм, изображающий ферредоксин, передающий электрон к FNR.
Мультфильм с изображением ФАД (красный) и НАДП+ (синий) связаны в активном центре фермента. Восстановленный ферредоксин связывает фермент и передает один электрон на FAD. (изображение из PDB файла 2BSA)

В течение фотосинтез, электроны удаляются из воды и переходят на одноэлектронный носитель ферредоксин. Ферредоксин: НАДФ+ редуктаза затем переносит электрон от каждой из двух молекул ферредоксина к одной молекуле двухэлектронного переносчика НАДФН.[1] FNR использует FAD, которые могут существовать в окисленный состояние, один электрон уменьшенный семихинон состояние и полностью восстановленное состояние, чтобы опосредовать этот перенос электронов.[2]

FNR имеет механизм принудительной подгонки катализ.[2] Связывание ферредоксина с ферментом вызывает образование водородная связь между глутамат остаток (E312) и серин остаток (S96) в активный сайт.[3] Остаток глутамата является высококонсервативным, поскольку он одновременно стабилизирует семихиноновую форму FAD и является донором / акцептором протонов в реакции.[4] Ограничивающей скорость стадией реакции переноса электрона является высвобождение первой окисленной молекулы ферредоксина после восстановления FAD одним электроном.[2] Эта стадия ингибируется присутствием окисленного ферредоксина и стимулируется присутствием НАДФ.+.[2] Связывание НАДФ+ к ферменту снижает сродство фермента к ферредоксину.[5]

Эта реакция также может протекать в обратном направлении с образованием восстановленного ферредоксина, который затем может использоваться в различных биосинтетических путях. Некоторые бактерии и водоросли используют эту молекулу флаводоксин вместо ферредоксина в качестве единственной молекулы-переносчика электронов, подлежащей восстановлению или окислению.[2]

Структура

Кристаллическая структура ФНР.
Структура FNR с бета-бочкообразным доменом, окрашенным в желтый цвет, складка альфа-спирали-бета-листа в зеленый цвет и кофактор FAD, окрашенный в красный цвет. (изображение из PDB файла 3LVB)

Ферредоксин растительного типа: НАДФ+ редуктаза имеет два структурные области. Первый домен - антипараллельный бета-баррель на амино-конец из белок который содержит связывающий домен для кофактора FAD.[6] Второй домен находится на карбоксильный конец белка и содержит альфа спираль -бета-прядь складывать.[6] В этом терминальном домене NADP+ связывает.[7] В активный сайт поскольку фермент находится на границе между двумя доменами.[8]

Связывание фермента с тилакоид мембрана включает спираль полипролина II типа создается между двумя мономерами FNR и несколькими пролин богатые интегральные мембранные белки.[9]

На конец 2007 г. 54 структуры были решены для этого класса ферментов, с PDB коды доступа 1B2R, 1BJK, 1BQE, 1BX0, 1BX1, 1CJC, 1E1L, 1E62, 1E63, 1Э64, 1E6E, 1EWY, 1FDR, 1FNB, 1FNC, 1FND, 1FRN, 1FRQ, 1GAQ, 1GAW, 1GJR, 1GO2, 1GR1, 1H42, 1H85, 1JB9, 1OGI, 1OGJ, 1QFY, 1QFZ, 1QG0, 1QGA, 1QGY, 1QGZ, 1QH0, 1QUE, 1QUF, 1СМ4, 1W34, 1W35, 1W87, 2B5O, 2BGI, 2BGJ, 2BMW, 2BSA, 2C7G, 2GQW, 2GR0, 2GR1, 2GR2, 2GR3, 2OK7, и 2OK8.

Функция

Ферредоксин: НАДФ+ редуктаза - последний фермент в переносе электроны в течение фотосинтез из фотосистема I в НАДФН.[1] НАДФН затем используется как уменьшающий эквивалент в реакции Цикл Кальвина.[1] Электронный цикл от ферредоксина к НАДФН происходит только на свету отчасти из-за того, что активность ФНР подавляется в темноте.[10] У нефотосинтезирующих организмов FNR в основном работает в обратном направлении, обеспечивая восстановленный ферредоксин для различных метаболические пути. Эти пути включают азотфиксация, терпеноид биосинтез, стероидный препарат метаболизм, окислительный стресс ответ и биогенез железо-серных белков.[6]

FNR - это растворимый белок, который содержится в свободном виде в хлоропласт стромы и связаны с тилакоидной мембраной. Это связывание происходит напротив активного сайта фермента и, по-видимому, не влияет на структуру активного сайта и не оказывает значительного влияния на активность фермента.[9] Когда он связан с тилакоидной мембраной, фермент существует в виде димера, но когда он свободен в строме, он является мономерным.[9] Связывание FNR с интегральными мембранными белками на тилакоидной мембране усиливается в кислых условиях, поэтому привлечение и связывание FNR с тилакоидной мембраной может быть методом хранения и стабилизации фермента в темноте, когда фотосинтез не происходит.[11] Строма хлоропласта варьирует от незначительной кислый в темноте к большему щелочной в свете.[9] Следовательно, в темноте больше FNR будет задействовано и связано с тилакоидной мембраной, а на свету больше FNR будет диссоциировать от мембраны и быть свободным в строме.

Эволюция

Ферредоксин НАДФ+ редуктазы присутствуют во многих организмах, включая растения, бактерии, а митохондрии эукариот. Однако эти белки принадлежат к двум несвязанным семействам белков и являются примером конвергентная эволюция.[6] ФНР растительного типа (ИнтерПро: IPR015701, ИнтерПро: IPR033892 ) включают пластидные FNR, обнаруженные у растений.[6] В глутатионредуктаза -типа FNR (ИнтерПро: IPR022890, ИнтерПро: IPR021163 ), иногда называемый адренодоксин-НАДФ + редуктаза для различения видны в митохондриях эукариот.[6] Оба семейства встречаются у бактерий. Две дополнительные семьи, одна тиоредоксинредуктаза -подобный (TRLF) и другой с уникальным механизмом (NfnAB).[12]

В семействе FNRs, подобных растениям, давление избирательной эволюции привело к различиям в каталитической эффективности FNRs в фотосинтетических и нефотосинтезирующих организмах. Перенос электронов с помощью FNR является этапом, ограничивающим скорость фотосинтеза, поэтому пластидные FNR в растениях стали высокоэффективными.[7] Эти пластидные FNR в 20–100 раз более активны, чем бактериальные FNR.[13] Эта более высокая каталитическая эффективность переноса электронов от FAD к NADP+ связан со структурными изменениями в активном центре, которые уменьшают расстояние между N5 в FAD и C4 в NADP+.[14] Пластидные FNR у растений также эволюционировали, чтобы иметь высокую степень субстратной специфичности для НАДФ.+ над NAD+; исследования аминокислотных мутаций показали, что терминальный тирозин Остаток в пластидных FNR играет ключевую роль в этой субстратной специфичности.[7] Напротив, некоторые нефотосинтетические FNR не связывают предпочтительно НАДФ.+ и лишены этого остатка тирозина.[14]

Актуальность болезни

Несколько основных заболеваний человека вызываются облигатными внутриклеточными простейшие паразиты в типе Apicomplexa. В апикопласт органелла в этих организмах, как полагают, произошли от эндосимбиотический событие, в котором предковые простейшие поглотили водоросль клетка.[6] Эти апикопласты содержат подобные растениям FNR, которые простейшие используют для выработки уменьшенных ферредоксин, который затем используется в качестве восстановителя в основных биосинтетических путях.[15] FNR из двух основных паразиты воздействуя на людей, Плазмодий falciparum, что приводит к малярия, и Toxoplasma gondii, что приводит к токсоплазмоз, были упорядочены.[16] Поскольку у людей нет гомологичный белок эти ферменты являются возможными новыми мишенями для лекарственной терапии этих заболеваний.[16]

Рекомендации

  1. ^ а б c Берг, Джереми М .; Тимочко, Джон Л .; Страйер, Люберт (2007). Биохимия (6-е изд.). Нью-Йорк: W.H. Фримен. ISBN  978-0-7167-8724-2.
  2. ^ а б c d е Carrillo, N .; Чеккарелли, EA. (Май 2003 г.). "Открытые вопросы по ферредоксину-НАДФ+ каталитический механизм редуктазы ». Eur J Biochem. 270 (9): 1900–15. Дои:10.1046 / j.1432-1033.2003.03566.x. PMID  12709048.
  3. ^ Курису, G .; Кусуноки, М .; Katoh, E .; Yamazaki, T .; Тешима, К .; На день.; Kimata-Ariga, Y .; Хасе, Т. (февраль 2001 г.). «Структура комплекса переноса электрона между ферредоксином и ферредоксином-НАДФ.+ редуктаза ». Нат Структ Биол. 8 (2): 117–21. Дои:10.1038/84097. PMID  11175898. S2CID  13611907.
  4. ^ Dumit, VI .; Essigke, T .; Cortez, N .; Ульманн, GM. (Апрель 2010 г.). «Механистическое понимание катализа ферредоксин-НАДФ (H) редуктазы с участием консервативного глутамата в активном центре». Дж Мол Биол. 397 (3): 814–25. Дои:10.1016 / j.jmb.2010.01.063. PMID  20132825.
  5. ^ Медина, М. (август 2009 г.). «Структурные и механистические аспекты флавопротеинов: фотосинтетический перенос электронов от фотосистемы I к НАДФ.+". FEBS J. 276 (15): 3942–58. Дои:10.1111 / j.1742-4658.2009.07122.x. PMID  19583765. S2CID  42610724.
  6. ^ а б c d е ж грамм Аливерти, А .; Пандини, В .; Pennati, A .; de Rosa, M .; Занетти, Г. (июнь 2008 г.). «Структурное и функциональное разнообразие ферредоксин-НАДФ+ редуктазы " (PDF). Arch Biochem Biophys. 474 (2): 283–91. Дои:10.1016 / j.abb.2008.02.014. HDL:2434/41439. PMID  18307973.
  7. ^ а б c Paladini, DH .; Musumeci, MA .; Carrillo, N .; Чеккарелли, EA. (Июнь 2009 г.). «Индуцированная подгонка и динамика равновесия для высокой каталитической эффективности в ферредоксин-НАДФ (H) редуктазах». Биохимия. 48 (24): 5760–8. Дои:10.1021 / bi9004232. PMID  19435322.
  8. ^ Аракаки, ​​АК .; Чеккарелли, EA .; Каррильо, Н. (февраль 1997 г.). "Ферредоксин-НАДФ растительного типа+ редуктазы: базовый структурный каркас и множество функций ». FASEB J. 11 (2): 133–40. Дои:10.1096 / fasebj.11.2.9039955. PMID  9039955. S2CID  99698.
  9. ^ а б c d Alte, F .; Стенгель, А .; Benz, JP; Petersen, E .; Soll, J .; Groll, M .; Бёльтер, Б. (ноябрь 2010 г.). «Ферредоксин: НАДФН-оксидоредуктаза привлекается к тилакоидам путем связывания со спиралью полипролина типа II в зависимости от pH». Proc Natl Acad Sci U S A. 107 (45): 19260–5. Bibcode:2010PNAS..10719260A. Дои:10.1073 / pnas.1009124107. ЧВК  2984204. PMID  20974920.
  10. ^ Talts, E .; Oja, V .; Rämma, H .; Расулов, Б .; Anijalg, A .; Лайск, А. (октябрь 2007 г.). «Темная инактивация ферредоксин-НАДФ-редуктазы и циклический поток электронов при дальнем красном свете в листьях подсолнечника». Photosynth Res. 94 (1): 109–20. Дои:10.1007 / s11120-007-9224-7. PMID  17665150. S2CID  416310.
  11. ^ Benz, JP; Lintala, M .; Soll, J .; Mulo, P .; Бёльтер, Б. (ноябрь 2010 г.). «Новая концепция связывания ферредоксин-НАДФ (H) оксидоредуктазы с тилакоидами растений». Тенденции Plant Sci. 15 (11): 608–13. Дои:10.1016 / j.tplants.2010.08.008. PMID  20851663.
  12. ^ Спаанс, СК; Weusthuis, RA; ван дер Ост, Дж; Кенген, SW (2015). «Системы генерации НАДФН у бактерий и архей». Границы микробиологии. 6: 742. Дои:10.3389 / fmicb.2015.00742. ЧВК  4518329. PMID  26284036.
  13. ^ Orellano, EG .; Calcaterra, NB .; Carrillo, N .; Чеккарелли, EA. (Сентябрь 1993 г.). «Исследование роли карбоксиконцевой области ферредоксин-НАДФ.+ редуктазы с помощью сайт-направленного мутагенеза и анализа делеций ». J Biol Chem. 268 (26): 19267–73. PMID  8366077.
  14. ^ а б Перегрина, младший; Sánchez-Azqueta, A .; Herguedas, B .; Martínez-Júlvez, M .; Медина, М. (сентябрь 2010 г.). «Роль специфических остатков в связывании кофермента, образовании комплекса с переносом заряда и катализе в Anabaena ferredoxin NADP+-редуктаза ». Biochim Biophys Acta. 1797 (9): 1638–46. Дои:10.1016 / j.bbabio.2010.05.006. PMID  20471952.
  15. ^ Balconi, E .; Pennati, A .; Crobu, D .; Пандини, В .; Cerutti, R .; Zanetti, G .; Аливерти, А. (июль 2009 г.). "Система переноса электронов ферредоксин-НАДФ + редуктаза / ферредоксин Плазмодий falciparum". FEBS J. 276 (14): 3825–36. Дои:10.1111 / j.1742-4658.2009.07100.x. PMID  19523113. S2CID  24183752.
  16. ^ а б Seeber, F .; Аливерти, А .; Занетти, Г. (2005). «Ферредоксин-НАДФ + редуктаза / окислительно-восстановительная система ферредоксина растительного типа в качестве возможной лекарственной мишени против апикомплексных паразитов человека». Curr Pharm Des. 11 (24): 3159–72. Дои:10.2174/1381612054864957. PMID  16178751.

дальнейшее чтение

  • Омура Т., Сандерс Э., Эстабрук Р.В., Купер Д.Ю., Розенталь О. (1966). «Выделение из коры надпочечников негемового белка железа и флавопротеина, функционирующего как восстановленная трифосфопиридиннуклеотид-цитохром Р-450 редуктаза». Arch. Biochem. Биофизы. 117 (3): 660–673. Дои:10.1016/0003-9861(66)90108-1.
  • Шин М., Тагава К., Арнон Д.И. (1963). «Кристаллизация ферредоксин-ТПН редуктазы и ее роль в фотосинтетическом аппарате хлоропластов». Biochem. Z. 338: 84–96. PMID  14087348.

внешняя ссылка