Введение

Нитрит-редуктаза относится к любому из нескольких классов ферментов, которые каталитизируют сокращение нитрита. Есть два класса NIR. Мультигемовый фермент уменьшает NO2− до различных продуктов. Ферменты, содержащие медь, осуществляют передачу одного электрона для получения оксида азота.

На железной основе

Существует несколько типов ферментов на основе железа. Цитохром cd1, или цитохром оксидаза псевдомонанса, содержит два гема типа c и два гема типа d с двумя полипептидными цепями. Различные формы этой редуктазы каталитизируют образование оксида азота или оксида азота. Цитохром с нитрит редуктаза (ccNIR) является мультигемовым ферментом, который преобразует нитрит в аммиак на каждом активном участке. Железо в активном месте связано с кольцом протопорфирина IX, которое ковалентно связано с белками фермента.

Предлагаемый механизм

Для превращения нитрита в аммиак белок ccNIR использует шесть электронов и семь водородов. Активный участок фермента содержит железо в окислительном состоянии +2. Уровень окисления позволяет нитриту связываться более сильно, чем в состоянии +3, из-за увеличения обратной связи pi. Этот электронный эффект передает электронную плотность в нитритный антисвязывающий орбиталь между азотом и кислородом. Захват LUMO снижает прочность связи NO. Второй электронный эффект - водородное связывание обоих кислородов с близлежащими аминокислотами. Этими кислотами часто являются аргинин и гистидин. Взаимодействие удлиняет связи NO и облегчает расщепление кислорода от азота. Связь Fe NO является линейной и имеет шесть общих валентных электронов. Это не стабильное состояние для Fe NO связи. Однако, сгибленная конфигурация семи электронов слишком стабильна, чтобы подвергаться дальнейшей реакции без значительного ввода энергии. Чтобы компенсировать этот барьер, два быстрых последовательных уменьшения одного электрона образуют восьмиэлектронный комплекс. Передача электронов происходит до сдвига геометрии с линейной в изогнутую геометрию. Две протонации азота приводят к увеличению расстояния между связями NO. Полученный промежуточный продукт - гидроксиламин. дальнейшая протонизация гидроксиламина приводит к разрыву связи NO и образованию воды. Окисление железа от Fe ((II) до Fe ((III), в сочетании с дальнейшей протонацией азота приводит к высвобождению аммиака.

На основе меди

На сегодняшний день было обнаружено несколько типов нитритовой редуктазы меди. Общим для всех CuNIR является наличие по крайней мере одного центра меди типа 1 в белке. Эти центры похожи на Азурин по своей структуре связей. Каждый тип 1 Cu сильно связан с тиолатной серой из цистеина, двумя имидазольными азотами из различных остатков гистидина и атомом серы осевого лиганда метионина. Это вызывает искаженную тетраэдрическую молекулярную геометрию.

Предлагаемый механизм

Медный центр типа 2 медной нитриторедуктазы является активным местом фермента. Cu связывается азотами двух гистидинов из одного мономера и связывается одним гистидином из другого мономера; Cys His является мостом к Cu типа 1. Это придает молекуле искаженную тетраэдрическую геометрию. В состоянии покоя Cu также связывается с молекулой воды, которая смещается нитритом. Поскольку нитрит вытесняет воду, Cu связывается с обоими кислородами в бидентатной форме. Близлежащий остаток аспаргиновой кислоты связывается водородом с одним из вновь образованных кислородных лигандов. Приходящий электрон уменьшает Cu из состояния окисления (II) в (I). Это изменение способствует сдвигу в нитритовой связке, так что азот связывается с Cu, а один кислород имеет расширенную длину связи из-за водородной связи. Вторая водородная связь образуется из гистидина или близлежащей молекулы воды и приводит к расщеплению связи NO. Теперь Cu имеет пять координат, связанных с оксидом азота и водой. Окись азота высвобождается, когда Cu окисляется до состояния (II) и возвращается к конфигурации покоя.

Ассимиляторная

Ассимиляторная нитратредуктаза - это фермент ассимилятивного метаболизма, участвующий в редукции нитрата в нитрит. Нитрит немедленно превращается в аммиак (вероятно, через гидроксиламин) в результате действия нитрит-редуктазы. Термин "ассимиляторный" относится к тому, что продукт ферментативной активности остается в организме. В этом случае продуктом является аммиак, который оказывает ингибирующее действие на ассимиляторную нитрат-редуктазу, таким образом обеспечивая, что организм производит аммиак в соответствии со своими потребностями.