Цитохром с пероксидаза

Цитохром с пероксидазой , или КПК , представляет собой растворимую в воду гема отработанный фермент из пероксидазы семьи , который принимает восстановительные эквиваленты от цитохрома с и уменьшает перекись водорода к воде:

CCP + H ₂ O ₂ + 2 ферроцитохром c + 2H ⁺ → CCP + 2H ₂ O + 2 феррицитохром c

CCP может быть получен из штаммов дрожжей, выращенных в аэробных условиях, и может быть выделен как в нативной, так и в рекомбинантной формах с высоким выходом из Saccharomyces cerevisiae . Основная функция фермента - устранять молекулы токсичных радикалов, производимых клеткой, которые вредны для биологических систем. Он поддерживает низкие уровни концентрации перекиси водорода, которая вырабатывается организмом естественным путем за счет неполного восстановления кислорода. Когда уровень глюкозы в быстрорастущих штаммах дрожжей истощается, клетки переходят к дыханию, которое повышает концентрацию митохондриальной H ₂ O _2.^[1] В дополнение к своей пероксидазной активности, он действует как сенсор и сигнальная молекула для экзогенного H _2. O ₂, который активирует активность митохондриальной каталазы . ^[2] У эукариот CCP содержат гемовой кофактор моно- b- типа и нацелены на межмембранное пространство митохондрий. У прокариот CCP содержит кофактор дигема c- типа и локализуется в периплазме клетки. Оба фермента работают, чтобы противостоять клеточному стрессу, вызванному пероксидом. ^[3]

CCP играет важную роль в обеспечении межбелкового биологического переноса электронов . Процесс переноса отрицательного заряда осуществляется комплексом, образованным между цитохромом с и пероксидазой цитохрома с, который возникает в межмембранном пространстве митохондрий. Механизм включает цитохром железа c (Cc), обеспечивающий электроны для системы Cc-CcP для восстановления пероксида водорода до воды. ^[4] Комплекс образуется за счет нековалентных взаимодействий. ^[5]

Пероксидаза цитохрома с может реагировать с гидропероксидами, отличными от перекиси водорода, но скорость реакции намного ниже, чем с перекисью водорода.

Впервые он был выделен из пекарских дрожжей Р. А. Альтшулом, Абрамсом и Хогнессом в 1940 г. ^[6], хотя и не до чистоты. Первый очищенный препарат дрожжевого CCP был создан Такаши Йонетани и его препаратом с помощью ионообменной хроматографии в начале 1960-х годов. Рентгеноструктурный была работа Томаса Поулос и его коллеги в конце 1970 - х годов. ^[7] CCP - первый гемовый фермент, структура которого успешно решена с помощью рентгеновской кристаллографии.

Дрожжевой фермент представляет собой мономер с молекулярной массой 34000, содержащий 293 аминокислоты, а также один нековалентно связанный гем b . Он заряжен отрицательно и представляет собой фермент среднего размера (34,2 кДа). Апофермент, не активный и связанный с субстратами, имеет кислотную изоэлектрическую точку pH 5,0-5,2. ^[8] Необычный для белков, этот фермент кристаллизуется при диализе против дистиллированной воды. Более того, фермент очищается в результате кристаллизации, что делает циклы кристаллизации эффективной конечной стадией очистки.

Подобно каталазе , реакция пероксидазы цитохрома с протекает через трехступенчатый процесс, образуя сначала Соединение I, а затем промежуточное соединение Соединения II:

CCP + ROOH → Соединение I + ROH + H ₂ O

CCP-соединение I + e ^- + H ⁺ → Соединение II

Соединение II + e ^- + H ⁺ → CCP

Окислительно-восстановительный цикл, катализируемый ПГУ

CCP в состоянии покоя имеет гем трехвалентного железа , и после добавления двух окисляющих эквивалентов из гидропероксида (обычно пероксида водорода) он окисляется до формальной степени окисления +5 (Fe ^V , обычно называемый феррильным гемом. Тем не менее, оба низкотемпературных магнитные измерения восприимчивости и мессбауэровская спектроскопии показывает , что железо в соединении I ГПК является феррило +4 , железо, со вторым окислительным эквивалентом существующим, долгоживущие свободными радикалами на боковую цепи из триптофана остаток (Trp-191). ^[9] В состоянии покоя атом Fe (Fe (III)) в геме CCP является парамагнитным с высоким спином(S = 5/2). После запуска каталитического цикла атом железа окисляется с образованием промежуточного оксиферила (Fe (IV) = O) с низким спином (S = 1/2). ^[4] Это отличается от большинства пероксидаз, которые вместо этого имеют второй окислительный эквивалент на порфирине . Соединение I CCP является довольно долгоживущим, распадаясь до CCP-соединения II с периодом полураспада при комнатной температуре от 40 минут до пары часов.

CCP имеет высокую идентичность последовательности с близкородственным ферментом аскорбатпероксидазы .

Аминокислотный состав [ править ]

Исследования с помощью аминокислотного анализатора показывают присутствие остатков Asp, Thr, Ser, Glu, Pro, Gly, Ala, Val, Met, Ile, Leu, Tyr, Phe, Lys, His, Arg, Cys и Trp в кристаллических CCP. Фермент показывает необычный аминокислотный образец по сравнению с другой пероксидазой. Пероксидаза растений, такая как пероксидаза хрена и пероксидаза B ананаса, имеет низкое содержание лизина, триптофана и тирозина и высокое содержание цистеина. Напротив, CCP имеет высокое содержание лизина, триптофана и тирозина и низкое содержание цистеина. ^[10] Фермент содержит последовательность из 68 остатков на N-конце своего мономерного белка, которая направляет его в межмембранное пространство митохондрий, где он может образовывать комплекс с цитохромом c.и где он выполняет свои сенсорные, сигнальные и каталитические функции. ^[1] Исследования показывают, что дистальный аргинин (Arg48), высококонсервативная аминокислота среди пероксидазы, играет важную роль в каталитической активности CCP, контролируя его активный сайт посредством стабилизации реактивного оксиферрильного интермедиата от контроля его доступа. ^[11]

Ссылки [ править ]

^ a b Kathiresan M, Martins D, English AM (декабрь 2014 г.). «Дыхание запускает перенос гема от пероксидазы цитохрома с к каталазе в митохондриях дрожжей» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 111 (49): 17468–73. DOI : 10.1073 / pnas.1409692111 . PMC 4267377 . PMID 25422453 .
^ Martins D, Kathiresan M, английский AM (декабрь 2013). «Цитохром с пероксидаза - это митохондриальный датчик H2O2 на основе гема, который модулирует антиоксидантную защиту». Свободная радикальная биология и медицина . 65 : 541–51. DOI : 10.1016 / j.freeradbiomed.2013.06.037 . PMID 23831190 .
^ Атак JM, Келли DJ (2007). «Структура, механизм и физиологические роли бактериальных пероксидаз цитохрома с». Успехи микробной физиологии . 52 : 73–106. DOI : 10.1016 / S0065-2911 (06) 52002-8 . ISBN 9780120277520. PMID 17027371 .
^ a b Волков А.Н., Николлс П., Уорролл Дж. А. (ноябрь 2011 г.). "Комплекс цитохрома с и цитохром с пероксидазы: конец пути?" . Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Биоэнергетика . 1807 (11): 1482–503. DOI : 10.1016 / j.bbabio.2011.07.010 . PMID 21820401 .
Перейти ↑ Guo M, Bhaskar B, Li H, Barrows TP, Poulos TL (апрель 2004 г.). «Кристаллическая структура и характеристика сайта-специфической перекрестной связи цитохром с пероксидаза-цитохром с» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 101 (16): 5940–5. DOI : 10.1073 / pnas.0306708101 . PMC 395902 . PMID 15071191 .
^ Altchul AM, Abrams R, Hogness TR (1941). «Цитохром с пероксидаза» (PDF) . J. Biol. Chem . 136 : 777.
^ Поулос TL, Фриер ST, Олден Р.А., Эдвардс SL, Skogland U, Takio К, Эриксон В, Xuong Н, Yonetani Т, J Краута (январь 1980). «Кристаллическая структура пероксидазы цитохрома с» (PDF) . Журнал биологической химии . 255 (2): 575–80. PMID 6243281 .
^ Yonetani Т (1970). «Цитохром c пероксидазой ». Пероксидаза цитохрома с . Достижения в энзимологии и смежных областях молекулярной биологии. 33 . С. 309–35. DOI : 10.1002 / 9780470122785.ch6 . ISBN 9780470122785. PMID 4318313 .
^ Sivaraja M, Goodin DB, Смит M, Хоффман BM (август 1989). «Идентификация с помощью ENDOR Trp191 как сайта свободных радикалов в соединении ES цитохрома c пероксидазы». Наука . 245 (4919): 738–40. DOI : 10.1126 / science.2549632 . PMID 2549632 .
^ Ellfolk N (1967). «Цитохром с пероксидаза. 3. Аминокислотный состав цитохром с пероксидазы пекарских дрожжей» . Acta Chemica Scandinavica . 21 (10): 2736–42. DOI : 10.3891 / acta.chem.scand.21-2736 . PMID 5585683 .
^ Iffland A, Tafelmeyer P, Saudan C, K Йонссон (сентябрь 2000). «Направленная молекулярная эволюция пероксидазы цитохрома с». Биохимия . 39 (35): 10790–8. DOI : 10.1021 / bi001121e . PMID 10978164 .

Внешние ссылки [ править ]

Пероксидаза цитохрома c , разработанная Kraut Research Group .
Запись UniProt о дрожжевой цитохром с пероксидазе.

[:1-1] Kathiresan M, Martins D, English AM (декабрь 2014 г.). «Дыхание запускает перенос гема от пероксидазы цитохрома с к каталазе в митохондриях дрожжей» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 111 (49): 17468–73. DOI : 10.1073 / pnas.1409692111 . PMC 4267377 . PMID 25422453 .

[2] Martins D, Kathiresan M, английский AM (декабрь 2013). «Цитохром с пероксидаза - это митохондриальный датчик H2O2 на основе гема, который модулирует антиоксидантную защиту». Свободная радикальная биология и медицина . 65 : 541–51. DOI : 10.1016 / j.freeradbiomed.2013.06.037 . PMID 23831190 .

[3] Атак JM, Келли DJ (2007). «Структура, механизм и физиологические роли бактериальных пероксидаз цитохрома с». Успехи микробной физиологии . 52 : 73–106. DOI : 10.1016 / S0065-2911 (06) 52002-8 . ISBN 9780120277520. PMID 17027371 .

[:0-4] Волков А.Н., Николлс П., Уорролл Дж. А. (ноябрь 2011 г.). "Комплекс цитохрома с и цитохром с пероксидазы: конец пути?" . Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Биоэнергетика . 1807 (11): 1482–503. DOI : 10.1016 / j.bbabio.2011.07.010 . PMID 21820401 .

[5] Перейти ↑ Guo M, Bhaskar B, Li H, Barrows TP, Poulos TL (апрель 2004 г.). «Кристаллическая структура и характеристика сайта-специфической перекрестной связи цитохром с пероксидаза-цитохром с» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 101 (16): 5940–5. DOI : 10.1073 / pnas.0306708101 . PMC 395902 . PMID 15071191 .

[6] Altchul AM, Abrams R, Hogness TR (1941). «Цитохром с пероксидаза» (PDF) . J. Biol. Chem . 136 : 777.

[pmid6243281-7] Поулос TL, Фриер ST, Олден Р.А., Эдвардс SL, Skogland U, Takio К, Эриксон В, Xuong Н, Yonetani Т, J Краута (январь 1980). «Кристаллическая структура пероксидазы цитохрома с» (PDF) . Журнал биологической химии . 255 (2): 575–80. PMID 6243281 .

[pmid4318313-8] Yonetani Т (1970). «Цитохром c пероксидазой ». Пероксидаза цитохрома с . Достижения в энзимологии и смежных областях молекулярной биологии. 33 . С. 309–35. DOI : 10.1002 / 9780470122785.ch6 . ISBN 9780470122785. PMID 4318313 .

[pmid2549632-9] Sivaraja M, Goodin DB, Смит M, Хоффман BM (август 1989). «Идентификация с помощью ENDOR Trp191 как сайта свободных радикалов в соединении ES цитохрома c пероксидазы». Наука . 245 (4919): 738–40. DOI : 10.1126 / science.2549632 . PMID 2549632 .

[10] Ellfolk N (1967). «Цитохром с пероксидаза. 3. Аминокислотный состав цитохром с пероксидазы пекарских дрожжей» . Acta Chemica Scandinavica . 21 (10): 2736–42. DOI : 10.3891 / acta.chem.scand.21-2736 . PMID 5585683 .

[11] Iffland A, Tafelmeyer P, Saudan C, K Йонссон (сентябрь 2000). «Направленная молекулярная эволюция пероксидазы цитохрома с». Биохимия . 39 (35): 10790–8. DOI : 10.1021 / bi001121e . PMID 10978164 .

[1]

vтеФерменты
Активность	Активный сайт Связывающий сайт Каталитическая триада Оксианионная дыра Ферментная неразборчивость Каталитически совершенный фермент Коэнзим Кофактор Ферментный катализ
Регулирование	Аллостерическая регуляция Сотрудничество Ингибитор ферментов Активатор ферментов
Классификация	Номер ЕС Ферментное суперсемейство Семейство ферментов Список ферментов
Кинетика	Кинетика ферментов Диаграмма Иди – Хофсти Заговор Ханеса – Вульфа Заговор Лайнуивера – Берка Кинетика Михаэлиса – Ментен
Типы	EC1 Оксидоредуктазы ( список ) EC2 Трансферазы ( список ) EC3 Гидролазы ( список ) EC4 Lyases ( список ) EC5 Изомеразы ( список ) Лигазы EC6 ( список ) EC7 Translocases ( список )