Альдегид ферредоксин оксидоредуктаза - Aldehyde ferredoxin oxidoreductase

AFOR_N
структура гипертермофильного фермента вольфстоптерин, альдегид ферредоксин оксидоредуктаза
Идентификаторы
Символ	AFOR_N
Pfam	PF02730
ИнтерПро	IPR013983
SCOP2	1aor / SCOPe / SUPFAM
Доступные белковые структуры: Pfam   структуры / ECOD   PDB RCSB PDB ; PDBe ; PDBj PDBsum краткое изложение структуры

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 , в частности 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.

Вхождение

Активный центр семейства AOR имеет оксо-вольфрамовый центр, связанный с парой кофакторов молибдоптерина (который не содержит молибден) и кластером 4Fe-4S . Это семейство включает AOR, формальдегид-ферредоксин оксидоредуктазу (FOR), глицеральдегид-3-фосфат- ферредоксин оксидоредуктазу (GAPOR), все изолированные из гипертермофильной археи ; редуктаза карбоновой кислоты, обнаруженная в клостридиях; и гидроксикарбоксилатвиологен оксидоредуктаза из Proteus vulgaris , единственного члена семейства AOR, содержащего молибден. GAPOR может участвовать в гликолизе , но функции других белков еще не ясны. Было высказано предположение, что AOR является основным ферментом, ответственным за окисление альдегидов, которые продуцируются 2-кетокислотными оксидоредуктазами .

AOR находится в hyperthermophillic архей , Pyrococcus furiosus . 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. Альдегид-ферредоксиноксидоредуктаза является членом семейства AOR, которое включает глицеральдегид-3-фосфат-ферредоксин оксидоредуктазу (GAPOR) и формальдегид-ферредоксиноксидоредуктазу.

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 в бескислородной среде.

Предполагается, что AOR играет роль в пути Entner-Doudoroff (деградация глюкозы) из-за его повышенной активности с включением мальтозы . 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. Например, ацетальдегид достигает значения kcat / KM до 22,0 мкМ-1с-1. 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.

Структура

AOR гомодимерный. Каждая субъединица 67 кДа содержит 1 атом вольфрама и 4-5 атомов железа . Две субъединицы соединены мостом между железным центром с низким спином. Считается, что эти две субъединицы функционируют независимо.

Вольфрам-птерин

Вольфрам в активном центре AOR принимает искаженную квадратную пирамидальную геометрию, связанную оксо / гидроксолигандом и дитиоленовыми заместителями двух кофакторов молибдоптерина .

Кофактор молибдоптерина , показанный в состоянии протонирования дитиола.

Два кофактора молибдоптерина связывают вольфрам, как это наблюдается во многих родственных ферментах. Вольфрам не связан напрямую с белком. Фосфатные центры, подвешенные на кофакторе, связаны с Mg ²⁺ , который также связан с Asn93 и Ala183 для завершения своей октаэдрической координационной сферы. Таким образом, атомы птерина и вольфрама связаны с ферментом AOR главным образом через сети водородных связей птерина с аминокислотными остатками. Кроме того, два водных лиганда, которые занимают октаэдрическую геометрию, участвуют в сетях водородных связей с птерином, фосфатом и Mg ²⁺ . 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. В такой последовательности остаток Cys494 также связан водородной связью с кластером [Fe4S4]. Это указывает на то, что остаток Cys494 соединяет вольфрамовый сайт и кластерный сайт [Fe4S4] в ферменте. Атом железа в кластере дополнительно связан с тремя другими лигандами цистеина:. Кроме того, еще один линкерный аминокислотный остаток между кластером ферредоксина и птерином - это Arg76, который связывается водородом как с птерином, так и с ферредоксином. Предполагается, что такие взаимодействия водородных связей подразумевают циклическую кольцевую систему птерина в качестве переносчика электронов. Кроме того, центр C = O птерина связывает Na ⁺ . Центр W = O предложен, кристаллографически не проверен.

AOR состоит из трех доменов: домена 1, 2 и 3. 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 определенным субстратам проникать в фермент через свой канал. 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-листами для размещения сайта вольфрам-птерин.

Железо

Железный центр между двумя субъединицами выполняет структурную роль в AOR. Атомы металлического железа принимают тетраэдрическую конформацию, в то время как координация лиганда происходит от двух гистидинов и глутаминовой кислоты. Неизвестно, что это играет какую-либо функциональную роль в окислительно-восстановительной активности белка.

Центр Fe4S4

Кластер [Fe4S4] в AOR в некоторых аспектах отличается от других молекул ферредоксина. Измерения ЭПР подтверждают, что он служит одноэлектронным шаттлом.

Механизм альдегида ферредоксин оксидоредуктазы

В каталитическом цикле W (VI) (вольфрамовая «шестерка») превращается в W (IV) при окислении альдегида до карбоновой кислоты (эквивалентно карбоксилату). Промежуточное соединение AW (V) может быть обнаружено с помощью спектроскопии ЭПР .

Механизм AOR на активном сайте.

Общий механизм реакции ЗО:

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. Остаток глутаминовой кислоты рядом с активным центром активирует молекулу воды для нуклеофильной атаки на карбонильный центр альдегида. После нуклеофильной атаки водой гидрид переходит на оксо-вольфрамовый сит, таким образом,. Впоследствии W (VI) регенерируется переносом электрона на центр 4Fe-4S. В случае формальдегид-ферредоксин-оксидоредуктазы Glu308 и Tyr 416 могут быть задействованы, в то время как Glu313 и His448, как показано, присутствуют в активном сайте AOR.

использованная литература

дальнейшее чтение