| ferredoxin-NADP+ reduktáza | |
|---|---|
| Identifikátory | |
| Kód KF | 1.18.1.2 |
| Číslo CAS | 9029-33-8 |
| Enzymové databáze | |
| IntEnz | pohled IntEnz |
| BRENDA | Vstup BRENDA |
| ExPASy | NiceZyme pohled |
| MetaCyc | metabolická dráha |
| KEGG | Vstup do KEGG |
| PRIAM | profil |
| Struktury PNR | RCSB PDB PDBe PDBj PDBsoučet |
| Genová ontologie | AmiGO • EGO |
| Vyhledávání | |
| PMC | články |
| PubMed | články |
| NCBI | NCBI proteiny |
| CAS | 9029-33-8 |
| Mediální soubory na Wikimedia Commons | |
Ferredoxin - NADP + - reduktáza , zkráceně FNR , enzym ze třídy oxidoreduktáz , který katalyzuje redukční reakci NADP + pomocí ferredoxinu jako donoru elektronů.
Tři požadované substráty pro tento enzym jsou redukovaný ferredoxin , NADP + a H + . Produkty, které vznikají při reakci: oxidovaný ferredoxin a NADPH . Enzym má flavinový kofaktor - FAD .
Enzym patří do rodiny oxidoreduktáz , které využívají proteiny železo-síra jako donory elektronů a NAD + nebo NADP + jako akceptory elektronů.
Účastní se procesu fotosyntézy .
Systematický název pro tuto třídu enzymů je ferredoxin:NADP + oxidoreduktáza. Další běžně používaná jména:
Během provozu elektronového transportního řetězce fotosyntézy dochází k přenosu elektronů z molekuly vody na jednoelektronový proteinový nosič - ferredoxin. Ferredoxin:NADP + -reduktáza pak zajišťuje přenos elektronů z každé ze dvou molekul ferredoxinu na jednu molekulu dvouelektronového nízkomolekulárního nosiče - NADP + . [1] FNR používá FAD , který může existovat ve třech různých stavech: plně oxidovaný, semichinon s jedním akceptovaným elektronem a plně redukovaný (po přijetí dvou elektronů). [2]
Mechanismus katalýzy FNR lze dobře popsat pomocí modelu indukované katalýzy. [2] Vazba ferredoxinu enzymem vede k vytvoření vodíkové vazby mezi glutamátovým zbytkem (E312) a serinovým zbytkem (C96) v aktivním místě . [3] Glutamátový zbytek je vysoce konzervovaný, protože stabilizuje semichinonovou formu FAD a je donorem/akceptorem protonů v reakci. [4] Rychlost limitujícím krokem celé reakce je odchod první oxidované molekuly ferredoxinu z aktivního centra po jednoelektronové redukci FAD. [2] Tento krok je inhibován vysokými koncentracemi oxidovaného ferredoxinu a aktivován přítomností NADP + v prostředí . [2] Vazba na NADP + snižuje afinitu enzymu k ferredoxinu. [5]
Enzym také urychluje reverzní reakci za vzniku redukovaného ferredoxinu, který může být použit v různých biosyntetických drahách. Některé bakterie a řasy mají formu enzymu, který jako nosič jednoho elektronu používá místo ferredoxinu flavodoxin .
Rostlinná ferredoxin-NADP(+)-reduktáza má dvě strukturální domény. První doména je reprezentována antiparalelním β-cylindrem na N-konci proteinu s FAD - vazebným místem . [6] Druhá doména na C-konci proteinu zahrnuje několik struktur α-helix a β - list , které vážou NADP + . [6] [7] Aktivní místo enzymu se nachází na spojnici mezi dvěma doménami. [osm]
Vazbu enzymu na tylakoidní membránu zajišťuje polyprolinová šroubovice typu II vytvořená mezi dvěma monomery FNR. Ze strany membrány se na vazbě FNR podílí několik integrálních proteinů bohatých na prolin . [9]
Ke konci roku 2007 bylo pro tuto třídu definováno 54 enzymových struktur s přístupovými kódy PDB .
Ferredoxin-NADP(+)-reduktáza je posledním enzymem v řetězci přenosu elektronů během fotosyntézy z fotosystému I do NADPH. NADPH se používá jako redukční ekvivalent v reakcích Calvinova cyklu . K přenosu elektronů z ferredoxinu do NADPH dochází pouze za světla, částečně proto, že aktivita FNR je ve tmě inhibována. [10] U nefotosyntetických organismů působí FNR primárně obráceně, aby poskytl redukovaný ferredoxin různým metabolickým cestám . Tyto cesty zahrnují fixaci dusíku, biosyntézu terpenoidů , metabolismus steroidů, odpověď na oxidační stres a biogenezi proteinů železo-síra.
FNR je ve vodě rozpustný protein, který se nachází volně ve stromatu chloroplastu a je uložen v thylakoidní membráně. K této vazbě dochází na opačné straně aktivního místa enzymu a s největší pravděpodobností neovlivňuje strukturu aktivního místa a významně neovlivňuje enzymatickou aktivitu. Když je navázán na thylakoidní membránu, existuje jako dimer, ale když je enzym ve stromatu, existuje jako monomer. Rychlost vazby FNR na integrální membránové proteiny na thylakoidní membráně je zvýšena v kyselém prostředí, takže vazba FNR na thylakoidní membránu může být způsobem, jak uložit a stabilizovat enzym ve tmě, když neprobíhá fotosyntéza. [11] pH stromatu chloroplastů se pohybuje od mírně kyselého ve tmě po více zásadité na světle. Ve tmě se tedy více FNR naváže na thylakoidní membránu a na světle se více FNR disociuje a uvolní se ve stromatu.
Ferredoxin-NADP(+)-reduktázy jsou přítomny v mnoha organismech, včetně rostlin , bakterií , eukaryotických mitochondrií . Tyto proteiny však patří do dvou nepříbuzných rodin a jsou příkladem konvergentní evoluce . FNR rostlinného typu zahrnují FNR plastidového rostlinného typu a bakteriální FNR. FNR typu glutathionreduktázy se nacházejí v mitochondriích eukaryot.
V rostlinné rodině FNR vedl selektivní evoluční tlak k rozdílům v katalytické účinnosti mezi fotosyntetickými a nefotosyntetickými organismy. Přenos elektronů přes FNR je limitujícím krokem v procesu fotosyntézy, proto se plastidové FNR v rostlinách vyvinuly ve vysoce účinné. Tyto plastidové FNR jsou 20-100krát aktivnější než bakteriální FNR. [12] Tato vysoká katalytická účinnost přenosu elektronů z FAD do NADP je způsobena strukturálními změnami v aktivním místě, které snižují vzdálenost mezi N5 ve FAD a C4 v NADP(+). [13]
Rostlinné plastidové FNR se také vyvinuly, aby získaly vyšší stupeň substrátové specifity pro NADP(+) než pro NAD(+); analýza aminokyselinových mutací ukázala, že terminální tyrosinový zbytek v plastidovém FNR hraje klíčovou roli v této substrátové specifitě. Naproti tomu některé nefotosyntetické FNR přednostně nevážou NADP(+) a postrádají tento tyrosinový zbytek.
Enzym je považován za možné cíle pro terapii některých běžných lidských protozoálních onemocnění způsobených obligátními intracelulárními parazity typu Apicomplexa .
Apikomplexy se vyznačují přítomností speciálních organel - apicoplastů . Apikoplasty vznikly jako výsledek symbiogeneze předka parazita s řasou. Proto apikoplast obsahuje FNR rostlinného typu, který se používá k redukci ferredoxinu, který je důležitým donorem elektronů v mnoha metabolických drahách. [14] Zároveň lidem chybí proteiny blízké rostlinné FNR, což z nich činí slibné cíle pro farmakoterapii.
Doposud byly geny FNR sekvenovány ze dvou hlavních zástupců apikomplexů, které postihují člověka: Plasmodium falciparum (původce malárie ) a Toxoplasma gondii (původce toxoplazmózy) . [15] Pracuje se na hledání léků, které potlačují FNR těchto parazitů.