Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Класс железосодержащих белков
Class of iron containing proteins
Рубредоксины — это класс железосодержащих белков с низкой молекулярной массой, обнаруженных у бактерий и архей, метаболизирующих серу. Иногда рубредоксины классифицируют как белки железосеры; однако, в отличие от белков железосеры, рубредоксины не содержат неорганического сульфида. Как и цитохромы, ферредоксины и белки Риске, рубредоксины предположительно участвуют в переносе электронов в биологических системах. Недавние исследования бактерий и водорослей привели к гипотезе о том, что некоторые рубредоксины могут выполнять роль доставки железа к металлопротеинам.
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.
Структура
Были определены трехмерные структуры ряда рубредоксинов. Их структура относится к классу α+β, характеризуется двумя α-спиралями и двумя β-петлями. Активный центр рубредоксина содержит ион железа, координированный атомами серы четырех консервативных цистеиновых остатков, образующих почти правильный тетраэдр. Это иногда обозначается как [1Fe 0S] или Fe1S0, по аналогии с номенклатурой для железосерных белков. В то время как большинство рубредоксинов растворимы, в оксигенных фотоавтотрофах существует мембранно-связанный рубредоксин, известный как рубредоксин А. Рубредоксины участвуют в одноэлектронных процессах переноса. Центральный атом железа изменяет степень окисления между +2 и +3. В обоих состояниях окисления металл остается в высокоспиновом состоянии, что способствует минимизации структурных изменений. Редукционный потенциал рубредоксина обычно находится в диапазоне от +50 мВ до -50 мВ. Этот железосерный белок является переносчиком электронов, и изменения в его металлическом центре легко различимы: окисленная форма имеет красноватый оттенок (из-за переноса заряда металл-лиганд), а восстановленная форма бесцветна (поскольку энергия электронного перехода соответствует инфракрасному диапазону, невидимому для человеческого глаза).
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).
Скорость переноса электронов
Скорость обмена электронов точно определяется стандартными кинетическими измерениями спектров видимого поглощения (490 нм). Скорость переноса электронов зависит от трех параметров: электронной связи, энергии реорганизации и стандартной свободной энергии реакции (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°).
Механизм белка и его действие
Реакция переноса электронов рубредоксина осуществляется посредством обратимой редоксовой связи Fe3+/Fe2+ за счет восстановления Fe3+ до Fe2+ и механизма воротного контроля, обусловленного конформационными изменениями Leu41. При восстановлении Fe3+ до Fe2+ четыре длины связей Fe-S увеличиваются, а водородная связь амидного NH с S(Cys) укорачивается. Восстановленная структура Fe2+ рубредоксина приводит к небольшому увеличению электростатической стабилизации водородной связи амида NH с S-Cys, что ведет к снижению энергии реорганизации и, как следствие, к ускорению переноса электронов. Замена меньшей группы CH3 показывает, что боковая цепь Leu41 стабилизирует окислительное состояние Fe2+ в большей степени, чем Fe3+. Рентгеноструктурный анализ в восстановленном состоянии Fe2+ демонстрирует, что боковая цепь Leu41 принимает две различные конформации: 40% – в "открытой конформации" и 60% – в "закрытой конформации". Неполярная боковая цепь Leu41 контролирует доступ к редокс-центру, принимая открытую или закрытую конформацию. В восстановленном состоянии Fe2+ боковая цепь Leu41 направлена от Sγ Cys9, обнажая Sγ Cys9 и повышая полярность центра Fe3+/Fe2+. [1] Уменьшение катионного заряда Fe2+ в восстановленном состоянии приводит к увеличению отрицательного заряда на доноре Sγ Cys9, что сильно привлекает воду. В результате вода способна проникать и формировать водородные связи с тиолатным анионом Cys9 Sγ, препятствуя закрытию ворот и стабилизируя открытую конформацию. В отличие от этого, окисленное состояние Fe3+ создает менее отрицательно заряженный донор Sγ Cys9, который слабо привлекает воду. Без водородных связей воды с Sγ Cys9 ворота остаются закрытыми. Таким образом, конформация Leu41 определяется наличием воды и окислительным состоянием рубредоксина. Близость воды к активному центру [Fe(S-Cys)4]2+ стабилизирует более высокий чистый отрицательный заряд окислительного состояния Fe2+. Стабилизация окислительного состояния Fe2+ смещает потенциал восстановления в сторону более положительного значения E0.
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.