| Альдегид ферредоксин оксидоредуктаза | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Идентификаторы | |||||||||
| Номер ЕС | 1.2.7.5 | ||||||||
| Количество CAS | 138066-90-7 | ||||||||
| Базы данных | |||||||||
| IntEnz | Просмотр IntEnz | ||||||||
| BRENDA | BRENDA запись | ||||||||
| ExPASy | Просмотр NiceZyme | ||||||||
| КЕГГ | Запись в KEGG | ||||||||
| MetaCyc | метаболический путь | ||||||||
| ПРИАМ | профиль | ||||||||
| Структуры PDB | RCSB PDB PDBe PDBsum | ||||||||
| |||||||||
| AFOR_N | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
 структура гипертермофильного фермента вольфстоптерин, альдегид ферредоксин оксидоредуктаза | |||||||||
| Идентификаторы | |||||||||
| Символ | AFOR_N | ||||||||
| Pfam | PF02730 | ||||||||
| ИнтерПро | IPR013983 | ||||||||
| SCOP2 | 1aor / SCOPe / SUPFAM | ||||||||
| |||||||||
| AFOR_C | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Идентификаторы | |||||||||
| Символ | AFOR_C | ||||||||
| Pfam | PF01314 | ||||||||
| ИнтерПро | IPR001203 | ||||||||
| SCOP2 | 1aor / SCOPe / SUPFAM | ||||||||
| |||||||||
В энзимологии , альдегид ферредоксин оксидоредуктаза ( ЕС 1.2.7.5 ) представляет собой фермент , который катализирует в химическую реакцию
- альдегид + H 2 O + 2 окисленный ферредоксин ⇌ кислота + 2 H + + 2 восстановленный ферредоксин
Этот фермент принадлежит к семейству оксидоредуктаз , особенно тех, которые действуют на альдегидную или оксогруппу донора с белком железо-сера в качестве акцептора. Систематическое название данного фермента класса альдегид: ферредоксин оксидоредуктаз . Этот фермент также называют AOR . Это относительно редкий пример вольфрамсодержащего белка. [1]
Происшествие [ править ]
Активный центр семейства AOR имеет оксо-вольфрамовый центр, связанный с парой кофакторов молибдоптерина (который не содержит молибден) и кластером 4Fe-4S . [2] [3] Это семейство включает AOR, формальдегид-ферредоксин оксидоредуктазу (FOR), глицеральдегид-3-фосфат- ферредоксин оксидоредуктазу (GAPOR), все изолированные из гипертермофильной археи ; [2] редуктаза карбоновой кислоты, обнаруженная в клостридиях; [4] и гидроксикарбоксилатвиологен оксидоредуктаза из Proteus vulgaris , единственного члена семейства AOR, содержащего молибден. [5] GAPOR может участвовать в гликолиз , [6] , но функция других белков пока не ясен. Было высказано предположение, что AOR является основным ферментом, ответственным за окисление альдегидов, которые продуцируются оксидоредуктазами 2-кетокислот . [7]
AOR находится в hyperthermophillic архей , Pyrococcus furiosus . [1] Штамм архей Pyrococcus ES-4 и штамм Thermococcus ES-1 различаются по своей субстратной специфичности: AFO демонстрируют более широкий диапазон размеров альдегидных субстратов. 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 [ править ]
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 в бескислородной среде. [8]
Предполагается, что AOR играет роль в пути Entner-Doudoroff (деградация глюкозы) из-за его повышенной активности с включением мальтозы . [3] Однако другие предложения включают его роль в окислении побочных альдегидных продуктов метаболизма аминокислот, происходящих из деаминированных 2-кетокислот. Основными субстратами для альдегид-ферредоксин-оксидоредуктазы являются ацетальдегид , фенилацетальдегид и изовалердегид, который является продуктом метаболизма обычных 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 [ править ]
AOR гомодимерный. Каждая субъединица 67 кДа содержит 1 атом вольфрама и 4-5 атомов железа . [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 дитиоленовыми заместителями двух кофакторов молибдоптерина . [3]
Два кофактора молибдоптерина связывают вольфрам [9], как это наблюдается во многих родственных ферментах. [9] Вольфрам не связан напрямую с белком. [9] Фосфатные центры, подвешенные на кофакторе, связаны с Mg 2+ , который также связан с Asn93 и Ala183, чтобы завершить его 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, которые занимают октаэдрическую геометрию, участвуют в сетях водородных связей с птерином, фосфатом и Mg 2+ . [9]В то время как кластер [Fe4S4] связан с четырьмя лигандами Cys, птерин, богатый амино- и эфирными связями, взаимодействует с последовательностями Asp-XX-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] Другой 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 = O центр птерина связывает Na + . [8] Центр W = O предложен, кристаллографически не проверен. [9]
AOR состоит из трех доменов, доменов 1, 2 и 3. [8] В то время как домен 1 содержит птерин, связанный с вольфрамом, два других домена обеспечивают канал от вольфрама к поверхности белка (длиной 15 ангстрем), чтобы позволить конкретным субстратам ввести фермент через его канал. [8] В активном центре эти молекулы птерина находятся в седловидной 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 играет какую-либо функциональную роль в окислительно-восстановительной активности белка. [8]
- Центр Fe4S4
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 [ править ]
В каталитическом цикле W (VI) (вольфрамовая «шестерка») превращается в W (IV) при окислении альдегида до карбоновой кислоты (эквивалентно карбоксилату). [3] Промежуточное соединение AW (V) может быть обнаружено с помощью спектроскопии ЭПР . [3] [8]
Общий механизм реакции ЗО: [10]
- RCHO + H2O → RCO 2 H + 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 в центр 4Fe-4S. [10] В случае формальдегид-ферредоксин-оксидоредуктазы Glu308 и Tyr 416 будут задействованы, в то время как Glu313 и His448, как показано, присутствуют в активном сайте AOR. [9] [10]
Ссылки [ править ]
- ↑ a b Маджумдар А., Саркар С. (май 2011 г.). «Биоинорганическая химия ферментов молибдена и вольфрама: структурно-функциональный подход к моделированию». Обзоры координационной химии . 255 (9–10): 1039–1054. DOI : 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. Rev. Biochem . 66 : 233–67. DOI : 10.1146 / annurev.biochem.66.1.233 . PMID 9242907 .
- ^ a b c d e f g h i j k l m n o p q Клецин А., Адамс М. В. (март 1996 г.). «Вольфрам в биологических системах». FEMS Microbiol. Ред . 18 (1): 5–63. DOI : 10.1111 / j.1574-6976.1996.tb00226.x . PMID 8672295 .
- ^ White H, Штробл G, Feicht R, Simon H (сентябрь 1989). «Редуктаза карбоновой кислоты: новый фермент вольфрама катализирует восстановление неактивированных карбоновых кислот до альдегидов». Евро. J. Biochem . 184 (1): 89–96. DOI : 10.1111 / j.1432-1033.1989.tb14993.x . PMID 2550230 .
- ^ Траутвайн Т, Краусс Р, Р Lottspeich, Саймон Н (июнь 1994). «(2R) -гидроксикарбоксилат-виологен-оксидоредуктаза из Proteus vulgaris представляет собой молибден-содержащий железо-серный белок» . Евро. J. Biochem . 222 (3): 1025–32. DOI : 10.1111 / j.1432-1033.1994.tb18954.x . PMID 8026480 .
- ^ Mukund S, Adams MW (апрель 1995). «Глицеральдегид-3-фосфат ферредоксин оксидоредуктаза, новый вольфрамсодержащий фермент с потенциальной гликолитической ролью в гипертермофильных архее Pyrococcus furiosus » . J. Biol. Chem . 270 (15): 8389–92. DOI : 10.1074 / jbc.270.15.8389 . PMID 7721730 .
- Перейти ↑ Ma K, Hutchins A, Sung SJ, Adams MW (сентябрь 1997 г.). «Пируватферредоксин оксидоредуктаза из гипертермофильной археи, Pyrococcus furiosus, функционирует как CoA-зависимая пируватдекарбоксилаза» . Proc. Natl. Акад. Sci. США . 94 (18): 9608–13. Bibcode : 1997PNAS ... 94.9608M . DOI : 10.1073 / pnas.94.18.9608 . PMC 23233 . PMID 9275170 .
- ^ Б с д е е г ч я J к л м Рой R, Dhawan И.К., Джонсон М. К., Rees , округ Колумбия, Адамс МВт (2006-04-15). Справочник металлопротеинов: альдегид-ферредоксин-оксидоредуктаза (5-е изд.). John Wiley & Sons, Ltd.
- ^ a b c d e f g h Кискер С, Шинделин Х, Рис, округ Колумбия (1997). «Ферменты, содержащие кофактор молибдена: структура и механизм» (PDF) . Ежегодный обзор биохимии . 66 : 233–67. DOI : 10.1146 / annurev.biochem.66.1.233 . PMID 9242907 .
- ^ Б с д е е Bevers LE, Hagedoorn P, Hagen WR (февраль 2009 г.). «Биоинорганическая химия вольфрама». Обзоры координационной химии . 253 (3–4): 269–290. DOI : 10.1016 / j.ccr.2008.01.017 .
Дальнейшее чтение [ править ]
- 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. DOI : 10.1016 / S0021-9258 (18) 98669-2 . 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. DOI : 10.1016 / S0021-9258 (18) 53474-8 . PMID 8444863 .
- Рой Р., Менон А.Л., Адамс М.В. (2001). «Альдегид-оксидоредуктазы Pyrococcus furiosus». Методы Энзимол . 331 : 132–44. DOI : 10.1016 / S0076-6879 (01) 31052-2 . PMID 11265456 .
