| ferredoxin-NADP+-reduktas | |
|---|---|
| Identifierare | |
| Kod KF | 1.18.1.2 |
| CAS-nummer | 9029-33-8 |
| Enzymdatabaser | |
| IntEnz | IntEnz-vy |
| BRENDA | BRENDA inträde |
| ExPASy | NiceZyme-vy |
| MetaCyc | Metabolisk väg |
| KEGG | KEGG inträde |
| PRIAM | profil |
| PDB- strukturer | RCSB PDB PDBe PDBj PDBsum |
| Genontologi | AmiGO • EGO |
| Sök | |
| PMC | artiklar |
| PubMed | artiklar |
| NCBI | NCBI-proteiner |
| CAS | 9029-33-8 |
| Mediafiler på Wikimedia Commons | |
Ferredoxin- NADP + -reduktas , förkortat FNR , ett enzym från klassen oxidoreduktaser som katalyserar reduktionsreaktionen av NADP + med användning av ferredoxin som elektrondonator.
De tre nödvändiga substraten för detta enzym är reducerat ferredoxin , NADP + och H + . Produkter som bildas under reaktionen: oxiderat ferredoxin och NADPH . Enzymet har en flavinkofaktor - FAD .
Enzymet tillhör familjen oxidoreduktaser , som använder järn-svavelproteiner som elektrondonatorer och NAD + eller NADP + som elektronacceptorer.
Deltar i processen för fotosyntes .
Det systematiska namnet för denna klass av enzymer är ferredoxin:NADP + oxidoreduktas. Andra vanliga namn:
Under driften av fotosyntesens elektrontransportkedja överförs elektroner från en vattenmolekyl till en enelektronproteinbärare - ferredoxin. Ferredoxin:NADP + -reduktas säkerställer sedan överföringen av elektroner från var och en av de två ferredoxinmolekylerna till en molekyl av en två-elektron lågmolekylär bärare - NADP + . [1] FNR använder FAD , som kan existera i tre olika tillstånd: helt oxiderad, semikinon med en elektron accepterad och helt reducerad (efter att ha accepterat två elektroner). [2]
Mekanismen för FNR-katalys kan väl beskrivas i termer av modellen för inducerad katalys. [2] Bindningen av ferredoxin av enzymet leder till bildandet av en vätebindning mellan glutamatresten (E312) och serinresten (C96) i det aktiva stället . [3] Glutamatresten är mycket konserverad eftersom den stabiliserar semikinonformen av FAD och är en protondonator/acceptor i reaktionen. [4] Det hastighetsbegränsande steget för hela reaktionen är avgången av den första oxiderade ferredoxinmolekylen från det aktiva centret efter en-elektronreduktion av FAD. [2] Detta steg hämmas av höga koncentrationer av oxiderat ferredoxin och aktiveras av närvaron av NADP + i miljön . [2] Bindning till NADP + minskar enzymets affinitet för ferredoxin. [5]
Enzymet påskyndar också den omvända reaktionen för att bilda reducerat ferredoxin, som kan användas i olika biosyntetiska vägar. Vissa bakterier och alger har en form av enzymet som använder flavodoxin istället för ferredoxin som en-elektronbärare.
Växtferredoxin-NADP(+)-reduktas har två strukturella domäner. Den första domänen representeras av en antiparallell β-cylinder vid N-terminalen av proteinet med ett FAD -bindningsställe . [6] Den andra domänen vid proteinets C-terminal inkluderar flera α-helix- och β -sheetstrukturer som binder NADP + . [6] [7] Det aktiva stället för enzymet är lokaliserat i förbindelsen mellan två domäner. [åtta]
Bindningen av enzymet till tylakoidmembranet tillhandahålls av en typ II polyprolinhelix bildad mellan två FNR-monomerer. Från membransidan är flera prolinrika integrala proteiner involverade i FNR-bindning . [9]
I slutet av 2007 har 54 enzymstrukturer definierats för denna klass, med PDB- åtkomstkoder .
Ferredoxin-NADP(+)-reduktas är det sista enzymet i elektronöverföringskedjan under fotosyntesen från fotosystem I till NADPH. NADPH används som en reducerande ekvivalent i Calvincykelreaktioner . Elektronöverföring från ferredoxin till NADPH sker endast i ljus, delvis på grund av att FNR-aktiviteten hämmas i mörker. [10] I icke-fotosyntetiska organismer fungerar FNR i första hand omvänt för att ge reducerat ferredoxin till olika metabola vägar . Dessa vägar inkluderar kvävefixering, terpenoidbiosyntes , steroidmetabolism, svar på oxidativ stress och biogenes av järn-svavelprotein.
FNR är ett vattenlösligt protein som finns fritt i kloroplastens stroma och inbäddat i tylakoidmembranet. Denna bindning sker på motsatt sida av enzymets aktiva ställe och påverkar med största sannolikhet inte strukturen hos det aktiva stället och påverkar inte signifikant den enzymatiska aktiviteten. När det är bundet till tylakoidmembranet existerar det som en dimer, men när enzymet finns i stroma existerar det som en monomer. Hastigheten för FNR-bindning till integrala membranproteiner på tylakoidmembranet ökar i en sur miljö, så FNR-bindning till tylakoidmembranet kan vara ett sätt att lagra och stabilisera enzymet i mörker när fotosyntes inte sker. [11] pH-värdet i kloroplasternas stroma sträcker sig från svagt surt i mörker till mer alkaliskt i ljuset. I mörker kommer alltså mer FNR att binda till tylakoidmembranet, och i ljuset kommer mer FNR att dissociera och vara fritt i stroma.
Ferredoxin-NADP(+)-reduktaser finns i många organismer, inklusive växter , bakterier , eukaryota mitokondrier . Dessa proteiner tillhör dock två obesläktade familjer och är ett exempel på konvergent evolution . FNR:er av växttyp inkluderar FNR:er av plastidtyp av växttyp och bakteriella FNR:er. FNR av typen glutationreduktas finns i mitokondrierna hos eukaryoter.
I växt-FNR-familjen har selektivt evolutionärt tryck lett till skillnader i katalytisk effektivitet mellan fotosyntetiska och icke-fotosyntetiska organismer. Elektronöverföring via FNR är ett begränsande steg i processen för fotosyntes; därför har plastid-FNR i växter utvecklats till mycket effektiva sådana. Dessa plastider FNR är 20-100 gånger mer aktiva än bakteriella FNR. [12] Denna höga katalytiska effektivitet för elektronöverföring från FAD till NADP beror på strukturella förändringar i den aktiva platsen som minskar avståndet mellan N5 i FAD och C4 i NADP(+). [13]
Växtplastid-FNR har också utvecklats för att få en högre grad av substratspecificitet för NADP(+) än för NAD(+); analys av aminosyramutationer visade att den terminala tyrosinresten i plastid-FNR spelar en nyckelroll i denna substratspecificitet. Däremot binder vissa icke-fotosyntetiska FNR inte preferentiellt NADP(+) och saknar denna tyrosinrest.
Enzymet anses vara möjliga mål för behandling av vissa vanliga mänskliga protozosjukdomar orsakade av obligata intracellulära parasiter av typen Apicomplexa .
Apikomplex kännetecknas av närvaron av speciella organeller - apikoplaster . Apikoplaster uppstod som ett resultat av symbiogenes av parasitens förfader med algerna. Därför innehåller apikoplasten FNR av växttyp, som används för att reducera ferredoxin, som är en viktig elektrondonator i många metabola vägar. [14] Samtidigt saknar människor proteiner nära växt-FNR, vilket gör dem till lovande mål för läkemedelsbehandling.
Hittills har FNR-generna sekvenserats från de två huvudsakliga representanterna för apikomplexen som påverkar människor: Plasmodium falciparum (det orsakande medlet för malaria ) och Toxoplasma gondii (det orsakande medlet för toxoplasmos) . [15] Arbete pågår för att hitta läkemedel som undertrycker dessa parasiters FNR.