Ферредоксин—НАДФ(+) редуктаза
Ферредоксин-НАДФ+-редуктаза, сокращенно ФНР, фермент из класса оксидоредуктаз, катализирующий реакцию восстановления НАДФ+, используя в качестве донора электронов ферредоксин. Три необходимых субстрата для этого фермента это восстановленный ферредоксин, НАДФ+ и Н+. Продукты которые образуются в ходе реакции: окисленный ферредоксин и НАДФН. У фермента есть флавиновый кофактор — ФАД. Фермент принадлежит к семейству оксидоредуктаз, которые используют железо-серные белки в качестве доноров электронов и НАД+ или НАДФ+ в качестве акцепторов электронов. Участвует в процессе фотосинтеза. НоменклатураСистематическое название этого класса ферментов ферредоксин:НАДФ+ оксидоредуктазы. Другие часто использующиеся названия:
Механизм Во время работы электрон-транспортной цепи фотосинтеза происходит перенос электронов от молекулы воды к одноэлектронному белковому переносчику - ферредоксину. Ферредоксин:НАДФ+-редуктаза затем обеспечивает перенос электронов от каждой из двух молекул ферредоксина на одну молекулу двухэлектронного низкомолекулярного переносчика - НАДФ+.[1] ФНР использует ФАД, который может существовать в трёх различных состояниях: полностью окисленном, семихинонном с одним акцептированным электроном и полностью восстановленном состоянии (после акцепции двух электронов).[2] Механизм катализа ФНР хорошо может быть описан в рамках модели индуцированного катализа.[2] Связывание ферредоксина ферментом ведет к образованию водородной связи между остатком глутамата (Е312) и сериновым остатком (С96) в активном сайте.[3] Остаток глутамата высоко консервативен, поскольку он стабилизирует семихинонную форму ФАД и является донором/акцептором протонов в реакции.[4] Лимитирующей стадией всей реакции являет уход из активного центра первой окисленной молекулы ферредоксина, после одноэлектронного восстановления ФАД.[2] Эта стадия ингибируется высокими концентрациями окисленного ферредоксина и активируется присутствием в среде НАДФ+.[2] Связывание с НАДФ+ снижает сродство фермента к ферредоксину.[5] Фермент также ускоряет обратную реакцию в ходе которой обраузется восстановленный ферредоксин, который может быть использован в различных биосинтетических путях. У некоторых бактерий и водорослей имеется форма фермента, использующая в качестве одноэлектронного переносчика флаводоксин вместо ферредоксина. Структура Растительная ферредоксин-НАДФ(+)-редуктаза имеет два структурных домена. Первый домен представлен антипараллельным β-цилиндром на N-конце белка с сайтом связывания ФАД.[6] Второй домен на C-конце белка включает несколько α-спираль и β-лист структуру, связывающую НАДФ+.[6][7] Активный центр фермента располагается на стыке между двумя доменами.[8] Связывание фермента с мембраной тилакоида обеспечивает полипролиновая спираль II типа, образующаяся между двумя мономерами ФНР. Со стороны мембраны в связывании ФНР принимают участие несколько богатых пролином интегральных белков.[9] По состоянию на конец 2007 года, определены 54 структуры ферментов для этого класса с кодами доступа в PDB. ФункцияФерредоксин-НАДФ(+)-редуктаза является последним ферментом в цепи переноса электронов в ходе фотосинтеза от фотосистемы I к НАДФН. НАДФН используется в качестве восстановительного эквивалента в реакциях цикла Кальвина. Перенос электрона от ферредоксина к НАДФН происходит только на свету отчасти потому, что активность ФНР ингибируется в темноте.[10] У нефотосинтетических организмов ФНР, в первую очередь, работает в обратном направлении, чтобы обеспечить восстановленным ферредоксином различные метаболические пути. Эти пути включают азотофиксацию, биосинтез терпеноидов, метаболизм стероидов, ответ на окислительный стресс и биогенез железо–серных белков. ФНР - это водорастворимый белок, который обнаруживается в свободном виде в строме хлоропласта и встроенным в мембрану тилакоида. Это связывание происходит с противоположной стороны от активного центра фермента и, скорее всего, не влияет на структуру активного центра и не имеет значительного влияния на ферментативную активность. Когда он связан с мембраной тилакоида, то существует в виде димера, но когда фермент находится в строме, то в качестве мономера. Скорость связывания ФНР с интегральными мембранными белками на тилакоидной мембране увеличивается в кислой среде, поэтому связывание ФНР с тилакоидной мембраной может быть способом хранения и стабилизации фермента в темноте, когда фотосинтеза не происходит.[11] рН стромы хлоропластов колеблется от слегка кислого в темноте к более щелочному на свету. Таким образом, в темноте больше ФНР будет связываться с тилакоидной мембраной, а на свету больше ФНР будет диссоциировано и в свободном виде находиться в строме. ЭволюцияФерредоксин-НАДФ(+)-редуктазы присутствуют во многих организмах, включая растения, бактерии, митохондрии эукариот. Однако, эти белки относятся к двум несвязанным семействам и являются примером конвергентной эволюции. ФНР растительного типа включают пластидные ФНР растений и бактериальные ФНР. ФНР глутатион-редуктазного типа встречаются в митохондриях эукариот. В семействе растительных ФНР селективное эволюционное давление привело к различиям в каталитической эффективности у фотосинтезирующих и нефотосинтезирующих организмов. Перенос электронов с помощью ФНР является лимитирующей стадией в процессе фотосинтеза, поэтому пластидные ФНР в растениях эволюционировали в высокоэффективные. Эти пластидные ФНР в 20-100 раз более активные, чем бактериальные ФНР.[12] Эта высокая каталитическая эффективность переноса электронов от ФАД к НАДФ связана со структурными изменениями в активном центре, которые уменьшают расстояние между N5 в ФАД и С4 в НАДФ(+).[13] Пластидные ФНР растений также эволюционно приобрели высокую степень субстратной специфичности для НАДФ(+), чем для НАД(+); анализ аминокислотных мутаций показал, что концевой тирозиновый остаток в пластидных ФНР играет ключевую роль в этой субстратной специфичности. В отличие от них, некоторые нефотосинтетические ФНР не связывают НАДФ(+) преимущественно и у них отсутствует этот тирозиновый остаток. Мишень для терапии протозойных инфекций человекаФермент рассматривается в качестве возможных мишеней для терапии некоторых распространенных протозойных заболеваний человека, вызванных облигатными внутриклеточными паразитами из типа Апикомплексы (Apicomplexa). Для Апикомплексов характерно наличие особых органелл - апикопластов. Апикопласты возникли в результате симбиогенеза предка паразита с водорослью. Поэтому в апикопласте содержится ФНР растительного типа, которая используется для восстановления ферредоксина, являющегося важным донором электронов во многих метаболических путях.[14] В то же время у человека отсутствуют белки близкие растительным ФНР, что делает их перспективными мишенями для лекарственной терапи. К настоящему времени секвенированы гены ФНР из двух основных представителей апикомплексов, поражающих людей: Plasmodium falciparum (возбудитель малярии) и Toxoplasma gondii (возбудитель токсоплазмоза).[15] Ведутся работы по поиску препаратов, подавляющих ФНР этих паразитов. Ссылки
Дополнительно
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Portal di Ensiklopedia Dunia
