| ferredoxin-NADP+ reduktáz | |
|---|---|
| Azonosítók | |
| KF kód | 1.18.1.2 |
| CAS szám | 9029-33-8 |
| Enzim adatbázisok | |
| IntEnz | IntEnz nézet |
| BRENDA | BRENDA bejegyzés |
| ExPASy | NiceZyme nézet |
| MetaCyc | anyagcsere út |
| KEGG | KEGG bejegyzés |
| PRIAM | profil |
| EKT struktúrák | RCSB PDB PDBe PDBj PDBsum |
| Gén-ontológia | AmiGO • EGO |
| Keresés | |
| PMC | cikkeket |
| PubMed | cikkeket |
| NCBI | NCBI fehérjék |
| CAS | 9029-33-8 |
| Médiafájlok a Wikimedia Commons oldalon | |
A ferredoxin - NADP + - reduktáz , rövidítve FNR , az oxidoreduktázok osztályába tartozó enzim , amely katalizálja a NADP + redukciós reakcióját, ferredoxint használva elektrondonorként.
Ennek az enzimnek a három szükséges szubsztrátja a redukált ferredoxin , NADP + és H + . A reakció során keletkező termékek: oxidált ferredoxin és NADPH . Az enzimnek van egy flavin kofaktora - FAD .
Az enzim az oxidoreduktázok családjába tartozik , amelyek elektrondonorként vas-kén fehérjéket, elektronakceptorként pedig NAD +-t vagy NADP + -t használnak.
Részt vesz a fotoszintézis folyamatában .
Ennek az enzimosztálynak a szisztematikus neve ferredoxin:NADP + oxidoreduktáz. Egyéb gyakran használt nevek:
A fotoszintézis elektrontranszport láncának működése során az elektronok a vízmolekulából egy egyelektronos fehérjehordozóra - a ferredoxinra - kerülnek át. A ferredoxin:NADP + -reduktáz ezután biztosítja az elektronok átvitelét mind a két ferredoxinmolekuláról egy kételektronos kis molekulatömegű hordozó - NADP + - egyik molekulájára . [1] Az FNR FAD -ot használ , amely három különböző állapotban létezhet: teljesen oxidált, szemikinon egy elektronnal és teljesen redukált (két elektron elfogadása után). [2]
Az FNR katalízis mechanizmusa jól leírható az indukált katalízis modelljével. [2] A ferredoxin enzim általi megkötése hidrogénkötés kialakulásához vezet a glutamát (E312) és a szerinmaradék (C96) között az aktív helyen . [3] A glutamát-maradék erősen konzervált, mivel stabilizálja a FAD szemikinon formáját, és protondonor/akceptor a reakcióban. [4] A teljes reakció sebességkorlátozó lépése az első oxidált ferredoxin molekula távozása az aktív centrumból a FAD egyelektronos redukciója után. [2] Ezt a lépést gátolja az oxidált ferredoxin nagy koncentrációja, és aktiválja a NADP + jelenléte a környezetben . [2] A NADP + -hoz való kötődés csökkenti az enzim ferredoxin iránti affinitását . [5]
Az enzim a fordított reakciót is felgyorsítja, és redukált ferredoxin képződik, amely különféle bioszintetikus utakban felhasználható. Egyes baktériumokban és algákban van egy olyan enzim, amely egyelektronos hordozóként ferredoxin helyett flavodoxint használ.
A növényi ferredoxin-NADP(+)-reduktáznak két szerkezeti doménje van. Az első domént egy antiparallel β-henger képviseli a fehérje N-terminálisán , FAD - kötő hellyel . [6] A fehérje C-terminálisán lévő második domén számos α-hélix és β - lemez szerkezetet tartalmaz, amelyek megkötik a NADP +-t . [6] [7] Az enzim aktív helye két domén találkozásánál található. [nyolc]
Az enzim kötődését a tilakoid membránhoz a két FNR monomer között kialakuló II-es típusú poliprolin hélix biztosítja. A membrán oldaláról több prolinban gazdag integrált fehérje vesz részt az FNR-kötésben . [9]
2007 végén 54 enzimszerkezetet határoztak meg ehhez az osztályhoz, PDB hozzáférési kódokkal .
A ferredoxin-NADP(+)-reduktáz az utolsó enzim az elektrontranszfer láncban a fotoszintézis során az I. fotorendszerből a NADPH-ba. A NADPH-t redukáló ekvivalensként használják a Calvin-ciklusos reakciókban . Az elektrontranszfer a ferredoxinról a NADPH-ra csak fényben történik, részben azért, mert az FNR aktivitása sötétben gátolt. [10] A nem fotoszintetikus szervezetekben az FNR elsősorban fordítottan működik, és csökkentett ferredoxint juttat a különböző anyagcsere-útvonalakhoz . Ezek az utak közé tartozik a nitrogénkötés, a terpenoid bioszintézis , a szteroid metabolizmus, az oxidatív stresszre adott válasz és a vas-kén fehérje biogenezis.
Az FNR egy vízben oldódó fehérje, amely szabadon található a kloroplasztisz strómájában, és beágyazódik a tilakoid membránba. Ez a kötődés az enzim aktív helyének ellenkező oldalán történik, és nagy valószínűséggel nem befolyásolja az aktív hely szerkezetét, és nem befolyásolja jelentősen az enzimaktivitást. A tilakoid membránhoz kötve dimerként létezik, de ha az enzim a stromában van, monomerként létezik. A tilakoid membránon lévő integrált membránfehérjékhez való FNR kötődés sebessége megnövekszik savas környezetben, így a tilakoid membránhoz való FNR kötődés egy módja lehet az enzim tárolásának és stabilizálásának sötétben, amikor a fotoszintézis nem megy végbe. [11] A kloroplasztiszok sztrómájának pH-ja a sötétben enyhén savastól a fényben lúgosabbig terjed. Így sötétben több FNR kötődik a tilakoid membránhoz, fényben pedig több FNR disszociál és szabadul fel a stromában.
A ferredoxin-NADP(+)-reduktázok számos szervezetben jelen vannak, beleértve a növényeket , baktériumokat és eukarióta mitokondriumokat . Ezek a fehérjék azonban két független családba tartoznak, és a konvergens evolúció példái . A növényi típusú FNR-ek közé tartoznak a plasztid növényi típusú FNR-ek és a bakteriális FNR-ek. A glutation-reduktáz típusú FNR-ek az eukarióták mitokondriumában találhatók.
A növényi FNR családban a szelektív evolúciós nyomás különbségekhez vezetett a fotoszintetikus és nem fotoszintetikus organizmusok katalitikus hatékonyságában. Az FNR-n keresztüli elektrontranszfer a fotoszintézis folyamatának korlátozó lépése, ezért a növényekben a plasztid FNR rendkívül hatékonyvá fejlődött. Ezek a plasztid FNR-ek 20-100-szor aktívabbak, mint a bakteriális FNR-ek. [12] A FAD-ból a NADP-be történő elektrontranszfer magas katalitikus hatékonysága az aktív hely szerkezeti változásainak köszönhető, amelyek csökkentik a távolságot a FAD-ban az N5 és a NADP(+)-ban a C4 között. [13]
A növényi plasztisz FNR-ek is úgy fejlődtek, hogy magasabb fokú szubsztrátspecifitást szerezzenek a NADP(+)-ra, mint a NAD(+)-ra; Az aminosavmutációk elemzése kimutatta, hogy a plasztid FNR terminális tirozinmaradéka kulcsszerepet játszik ebben a szubsztrát-specifitásban. Ezzel szemben egyes nem fotoszintetikus FNR-ek nem kötődnek elsősorban a NADP(+)-hoz, és hiányzik belőlük ez a tirozin maradék.
Az enzimet az Apicomplexa típusú obligát intracelluláris paraziták által okozott gyakori humán protozoális betegségek lehetséges célpontjainak tekintik .
Az apikomplexeket speciális organellumok – apikoplasztok – jelenléte jellemzi . Az apikoplasztok a parazita ősének az algákkal való szimbiogenezise eredményeként keletkeztek . Ezért az apikoplaszt növényi típusú FNR-t tartalmaz, amelyet a ferredoxin csökkentésére használnak, amely számos anyagcsereút fontos elektrondonor. [14] Ugyanakkor az emberekben hiányoznak a növényi FNR-hez közeli fehérjék, ami ígéretes célponttá teszi őket a gyógyszeres terápia számára.
A mai napig az FNR géneket az embert érintő apikomplexek két fő képviselőjétől szekvenálták: a Plasmodium falciparum (a malária kórokozója ) és a Toxoplasma gondii (a toxoplazmózis kórokozója ) . [15] Dolgoznak azon gyógyszerek kifejlesztésén, amelyek elnyomják ezen paraziták FNR-jét.