Reduktaza siarczanu adenylu - Adenylyl-sulfate reductase

reduktaza siarczanu adenylilu
heterotetramer reduktazy adenylilosiarczanu, Archaeoglobus fulgidus
Identyfikatory
Nr WE	1.8.99.2
Nr CAS	9027-75-2
Bazy danych
IntEnz	Widok IntEnz
BRENDA	Wpis BRENDY
ExPASy	Widok NiceZyme
KEGG	Wpis KEGG
MetaCyc	szlak metaboliczny
PRIAM	profil
Struktury WPB	RCSB PDB PDBe Suma PDB
Ontologia genów	AmiGO / QuickGO
Szukaj PKW artykuły PubMed artykuły NCBI białka

Reduktaza cyklazy siarczanu ( EC 1.8.99.2 ) jest enzymem , który katalizuje ten reakcji chemicznej redukcji cyklazy siarczan / adenozyno-5'-phosphosulfate (AP) siarczynu przez zastosowanie kofaktora donora elektronów. Produktami reakcji są AMP i siarczyn, a także utleniony kofaktor donoru elektronów.

Nomenklatura

Enzym ten należy do rodziny oksydoreduktaz , a konkretnie tych działających na grupę siarkową donorów z innymi akceptorami. Systematyczna nazwa tego enzymu jest klasa AMP, siarczyn: oksydoreduktaza akceptor (adenozyno 5'-phosphosulfate formowania). Inne powszechnie używane nazwy to reduktaza fosfosiarczanowa adenozyny, reduktaza 5'-fosfosiarczanowa adenozyny, reduktaza APS, reduktaza APS, AMP, oksydoreduktaza siarczynowa: (akceptor) i (tworzenie 5'-fosfosiarczanu adenozyny). Enzym ten uczestniczy w metabolizmie selenu i siarki .

Mechanizm

Reduktaza APS katalizuje odwracalną przemianę APS w siarczyn i AMP, która jest etapem determinującym szybkość całej reakcji. Reakcja katalizowana przez reduktazę APS wygląda następująco:

${\ Displaystyle APS + 2e ^ {-} \ longleftrightarrow AMP + HSO _ {3} ^ {-} (E ^ {\ circ} = -60 mV)}$

Siarczan musi być aktywowany do APS przez sulfurylazę ATP kosztem jednego ATP, stąd ta reakcja wymaga wkładu energii. Powyższa reakcja zachodzi w ściśle beztlenowym środowisku. Dwa elektrony pochodzą ze zredukowanego kofaktora, w tym przypadku zredukowanego FAD. Kierunek do przodu wymaga jednej cząsteczki AMP; jednak badania sugerują, że reakcja odwrotna wymaga dwóch cząsteczek AMP (jednej działającej na substrat i jednej hamującej reakcję postępową). Reakcja odwracalna zachodzi, gdy AMP wiąże się z resztą Arg317, zmieniając potwierdzenie reduktazy Arg317 i APS jako całości, co zapewnia termodynamiczną siłę napędową, aby iść w odwrotnym kierunku.

Reduktazy APS biorą udział zarówno w asymilacyjnej, jak i dysymilacyjnej redukcji siarczanów. Dysymilacyjna redukcja siarczanów polega na przekształceniu siarczanu w siarczek, źródło siarki, które może być rozprowadzane po całym ciele. Asymilacyjna redukcja siarczanów zamienia siarczan w cysteinę. Zarówno szlaki dyssymilacyjne, jak i asymilacyjne wykorzystują reduktazy APS jako narzędzie metaboliczne do wytwarzania odpowiednio źródła siarki i aminokwasów.

Struktura

Do końca 2014 r. rozwiązano 6 struktur dla tej klasy enzymów, z kodami dostępu PDB 1JNR , 1JNZ , 2FJA , 2FJB , 2FJD i 2FJE .

Redukcja siarki aktywowanej w postaci adenozyno-5'-fosfosiarczanu do siarczynu katalizowana przez reduktazę adenozyno-5'-fosfosiarczanową z tioredoksyną jako reduktorem.

Monomer enzymu składa się z mieszaniny α-helis i β-kartek (zarówno równoległych, jak i antyrównoległych). Kofaktor białkowy, tioredoksyna, może zapewnić wymagane równoważniki redukujące dla reakcji w postaci dwóch reszt cysteiny, które są ostatecznie utlenione do wiązania dwusiarczkowego. Podstawowa aktywna forma reduktazy APS wydaje się być heterodimerem, co widać u roślin. Zarówno w bakteriach, jak i roślinach, dwa heterodimery mają tendencję do tworzenia się razem i wytwarzania heterotetrameru.

Szczelina miejsca aktywnego w bakteryjnej reduktazie APS ma kilka kluczowych elementów. Sekwencje reszt, które wydają się niezbędne do katalizy, to pętla P (reszty 60-66), pętla Arg (reszty 162-173) i motyw LDTG (reszty 85-88). Pętla P lub pętla wiążąca fosforany jest szczególnie ważną kolejną sekwencją reszt, która pomaga w rozpoznawaniu grupy fosforanowej w APS iw rezultacie wpływa na specyficzność substratową dla reduktazy APS. C-końcowa Cys256 jest również katalitycznie niezbędna i wydaje się odgrywać rolę w zmianie konformacji enzymu podczas katalizy.

Jednym godnym uwagi motywem chemicznym, który odróżnia reduktazę APS od pokrewnej reduktazy 3'-fosfoadenozyno-5'-fosfosiarczanu (PAPS) jest obecność konserwatywnego motywu cysteinowego, CC-X _~80 -CXXC, który występuje oprócz powszechnie konserwowanego katalizatora pozostałość cysteiny. Motyw ten jest skorelowany z obecnością klastra [4Fe-4S]; dlatego te klastry żelazowo-siarkowe nie są obecne w reduktazie PAPS. Gdy obecny jest klaster żelazo-siarka, jest on wymagany dla aktywności katalitycznej i skoordynowany z czterema resztami cysteiny w konserwatywnym motywie po drugiej stronie szczeliny miejsca aktywnego.

Funkcjonować

Siarka jest istotnym składnikiem życia biologicznego i kluczowym elementem aminokwasów cysteiny i metioniny. Reduktaza APS kontroluje etap ograniczający szybkość asymilacji siarki endogennej, który jest procesem wytwarzania siarkowodoru z siarczynu. Siarkowodór jest jednym z głównych źródeł siarki w roślinach. Reduktaza APS kontroluje przepływ siarki nieorganicznej do cysteiny, która bierze udział w wielu procesach biologicznych w roślinach, takich jak wzrost, rozwój i reakcje na stres biotyczny i abiotyczny. W rzeczywistości badania wykazały, że gdy komórki są pozbawione siarki, ekspresja genu reduktazy APS zmienia się, co wskazuje, że gdy rośliny są narażone na stres metaboliczny i regulacyjny, reduktaza APS jest prawdopodobnie kluczowym enzymem w wytwarzaniu siarkowodoru i przywracaniu homeostazy.

Bakterie wykorzystują reduktazy APS do angażowania się w asymilacyjną i dysymilacyjną redukcję siarczanów, co czyni je głównymi kandydatami do pojawienia się w środowiskach oczyszczania ścieków. Biofoulanty mogą zawierać wiele bakterii redukujących siarczany, a badania wykazały, że jeśli oczyszczalnie ścieków pozostaną nieoczyszczone, poziomy siarczanów zmniejszą się. Badania te dodatkowo ugruntowały kluczową rolę reduktazy APS w globalnym cyklu siarkowym, dając organizmom kolejny unikalny sposób pozyskiwania siarki, gdy jest ona niedostępna.

Znaczenie kliniczne

Reduktaza APS nie występuje w proteomie komórek ludzkich; w konsekwencji enzymy te stały się obiektem badań z różnych względów środowiskowych i medycznych. Konkurencyjne inhibitory reduktazy APS w Mycobacterium tuberculosis badano jako nową możliwą drogę leczenia gruźlicy, zwłaszcza przeciwko gruźlicy lekoopornej i utajonej. Takie inhibitory badano również w kontekście pozyskiwania ropy i gazu ze złóż w celu lepszej kontroli kwaśnienia takich produktów.

Niektóre reduktazy APS były również badane pod kątem ich roli w metabolizmie i redukcji selenu ze względu na chemiczne podobieństwo siarki i selenu. APR2, dominujący izoenzym reduktazy APS w roślinie modelowej Arabidopsis thaliana , jest powiązany z tolerancją selenianu i metabolizmem selenianu. Takie badania mogą następnie pomóc w osiągnięciu celu wzmocnienia fitoremediacji selenu w roślinach, a w rezultacie biofortyfikacji diety.

Bibliografia

Dalsza lektura