Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Темір құрамындағы ақуыздар класы
Class of iron containing proteins
Рубредоксиндер – күкірт метаболизмімен айналысатын бактериялар мен археяларда кездесетін, төмен молекулалық салмақты темір құрамындағы ақуыздар класы. Кейде рубредоксиндер темір-күкірт ақуыздары ретінде жіктеледі; алайда, темір-күкірт ақуыздарынан өзгеше, рубредоксиндерде бейорганикалық сульфидтер болмайды. Цитохромдар, ферредоксиндер және Риске ақуыздары сияқты, рубредоксиндердің биологиялық жүйелерде электрондық тасымалдауға қатысады деп саналады. Бактериялар мен балдырлардағы соңғы зерттеулер кейбір рубредоксиндердің металлопротеиндерге темір жеткізуде маңызды рөл атқаруы мүмкін деген гипотезаға алып келді.
Rubredoxins are a class of low molecular weight iron containing proteins found in sulfur metabolizing bacteria and archaea. Sometimes rubredoxins are classified as iron sulfur proteins; however, in contrast to iron sulfur proteins, rubredoxins do not contain inorganic sulfide. Like cytochromes, ferredoxins and Rieske proteins, rubredoxins are thought to participate in electron transfer in biological systems. Recent work in bacteria and algae have led to the hypothesis that some rubredoxins may instead have a role in delivering iron to metalloproteins.
Құрылымы
Бірқатар рубредоксиндердің 3D құрылымы анықталды. Оның бүктелуі α+β класына жатады, 2 α спираль және 2 3 β тізбекшесі бар. Рубредоксиннің активті орны темір ионынан тұрады, ол төрт сақталған цистеин қалдықтарының күкірттерімен координацияланып, дерлік тұрақты тетраэдр құрайды. Бұл кейде [1Fe 0S] немесе Fe1S0 жүйесі деп аталады, темір-күкірт ақуыздарының номенклатурасына сәйкес. Рубредоксиндердің көп бөлігі ерігіш болғанымен, оттекті фотоавтотрофтарда мембранаға байланысқан рубредоксин, яғни рубредоксин А табылады. Рубредоксиндер бір электронды трансфер процесін қатыстырады. Орталық темір атомы +2 және +3 тотығу күйлері арасында ауысады. Екі тотығу күйінде де металл жоғары спиндік күйде қалады, бұл құрылымдық өзгерістерді азайтуға көмектеседі. Рубредоксиннің тотығу потенциалы әдетте +50 мВ-тан -50 мВ-қа дейін болады. Бұл темір-күкірт ақуызы электрон тасымалдаушы болып табылады, және оның металдық центрінің өзгеруін анықтау оңай: тотығу күйі қызғылт (лиганд-металл зарядтық трансферінің нәтижесінде), ал тотығуға түсу күйі түссіз (электрондық өту инфрақызыл деңгейдегі энергияға ие болғандықтан, ол адам көзімен байқалмайды).
The 3 D structures of a number of rubredoxins have been solved. The fold belongs to the α+β class, with 2 α helices and 2 3 β strands. Rubredoxin active site contains an iron ion which is coordinated by the sulfurs of four conserved cysteine residues forming an almost regular tetrahedron. This is sometimes denoted as a [1Fe 0S] or an Fe1S0 system, in analogy to the nomenclature for iron sulfur proteins. While the vast majority of rubredoxins are soluble, there exists a membrane bound rubredoxin, referred to as rubredoxin A, in oxygenic photoautotrophs. Rubredoxins perform one electron transfer processes. The central iron atom changes between the +2 and +3 oxidation states. In both oxidation states, the metal remains high spin, which helps to minimize structural changes. The reduction potential of a rubredoxin is typically in the range +50 mV to 50 mV. This iron sulphur protein is an electron carrier, and it is easy to distinguish its metallic centre changes: the oxidized state is reddish (due to a ligand metal charge transfer), while the reduced state is colourless (because the electron transition has an energy of the infrared level, which is imperceptible to the human eye).
Электронды беру жылдамдығы
Электрондық алмасу жылдамдығы көрінетін (490 нм) сіңіру спектрінің стандартты кинетикалық өлшемдері арқылы дәл анықталады. Электрондық алмасу жылдамдығы үш параметрге ие: электрондық байланыс, қайта ұйымдастыру энергиясы және реакцияның еркін энергиясы (ΔG°).
The electron exchange rate is accurately determined by standard kinetics measurements of visible absorption (490 nm) spectra. The electron transfer rate has three parameters: electronic coupling, reorganization energy and free energy of reaction (ΔG°).
Белок механизмі мен әсерлері
Рубредоксиннің электрондық беру реакциясы қайтымды Fe3+/Fe2+ тотығу-тотықсыздану жұптасуы арқылы, Fe3+-ты Fe2+-ға дейін тотықсыздану арқылы және Leu41-нің конформациялық өзгерістерінен туындаған қақпа механизмі арқылы жүзеге асырылады. Fe3+-ты Fe2+-ға дейін тотықсыздағанда төрт Fe-S байланысының ұзындығы артады және S(Cys)-қа амидтік NH…H байланысы қысқарады. Рубредоксиннің тотықсызданған Fe2+ құрылымы амидтік NH…H байланысының S-Cys-қа электростатикалық тұрақтандыруының сәл артуына әкеледі, бұл электрондық беруді жеделдететін төмендеген қайта ұйымдастыру энергиясына алып келеді. Шағын CH3 тобын алмастыру Leu41 тізбегінің Fe2+ тотығу күйін Fe3+ тотығу күйінен гөрі тұрақтандыратынын көрсетеді. Төмендетілген Fe2+ күйіндегі рентгендік құрылым Leu41 тізбегінің екі түрлі конформацияны қабылдағанын көрсетеді: 40%-ы «ашық конформацияда», ал 60%-ы «жабық конформацияда». Leu41-нің полярлық емес тізбегі ашық немесе жабық конформацияны қабылдау арқылы тотығу-тотықсыздану ортасына кіруді бақылайды. Fe2+ тотықсызданған күйде Leu41 тізбегі Cys9 Sγ-ден алыстап, Cys9 Sγ-ді ашып, Fe3+/Fe2+ орталығының полярлығын арттырады. [1] Төмендетілген күйдегі Fe2+ катиондық өзгерісі суды күшті тартатын Cys9 Sγ донорында жоғары теріс заряд қалдырады. Нәтижесінде су еніп, қақпаның жабылуын бөгеп, ашық конформацияға әкелетін Cys9 Sγ тиолатымен H байланысын жасай алады. Керісінше, тотыққан Fe3+ күйі суды күшті тартпайтын, аз теріс зарядталған Cys9 Sγ донорын тудырады. Судың Cys9 Sγ-ға H байланысы болмағанда қақпа жабық күйде қалады. Осылайша, Leu41 конформациясы судың болуымен және рубредоксиннің тотығу күйімен анықталады. Судың [Fe(S-Cys)4]2+ белсенді ортасына жақын болуы Fe2+ тотығу күйінің жоғары таза теріс зарядын тұрақтандырады. Fe2+ тотығу күйінің тұрақтандырылуы тотығу-тотықсыздану потенциалын оң E0 мәніне қарай ығыстырады.
The electron transfer reaction of rubredoxin is carried out by a reversible Fe3+/Fe2+ redox coupling by the reduction of Fe3+ to Fe2+ and a gating mechanism caused by the conformational changes of Leu41. Upon the reduction of Fe3+ to Fe2+, the four Fe S bond lengths increase and the amide NH H bonding to the S(Cys) become shortened. The reduced Fe2+ structure of rubredoxin results in a small increase in electrostatic stabilization of the amide NH H bonding to the S Cys, leading to a lower reorganizational energy that allows faster electron transfer. The substitution of the smaller CH3 shows that the Leu41 side chain stabilizes the Fe2+ oxidation state more than the Fe3+ oxidation state. The X ray structure in the reduced Fe2+ state shows the Leu41 side chain adopting two different conformations with 40% in a "open conformation" and 60% in a "closed conformation". The Leu41’s non polar side chain controls access to the redox site by adopting either an open or closed conformation. In the reduced Fe2+ state, the Leu41 side chain faces away from Cys 9 Sγ, exposing the Cys 9 Sγ and increasing the polarity of the Fe3+ /Fe2+ center. [1] The lower Fe2+ cation change of the reduced state leaves a higher negative charge on the Cys 9 Sγ donor which attracts water strongly. As a result, water is able to penetrate and form H bonds with the Cys 9 Sγ thiolate that blocks the gate from closing, resulting in an open conformation. In contrast, the oxidized Fe3+ state produces a less negatively charged Cys 9 Sγ donor that does not attract the water strongly. Without H bonding of the water to the Cys 9 Sγ, the gate remains closed. Thus, the conformation of Leu41 is determined by the presence of water and the oxidation state of rubredoxin. The proximity of water to the [Fe(S Cys)4] 2 active site stabilizes the higher net negative charge of the Fe2+ oxidation state. The stabilization of the Fe2+ oxidation state shifts the reduction potential to a more positive E0 value.