| ferredoxin-NADP+ reduktase | |
|---|---|
| Identifikatorer | |
| Kode KF | 1.18.1.2 |
| CAS nummer | 9029-33-8 |
| Enzymdatabaser | |
| IntEnz | IntEnz visning |
| BRENDA | BRENDA indgang |
| ExPASy | NiceZyme udsigt |
| MetaCyc | metabolisk vej |
| KEGG | KEGG indgang |
| PRIAM | profil |
| FBF strukturer | RCSB PDB PDBe PDBj PDBsum |
| Gen-ontologi | AmiGO • EGO |
| Søg | |
| PMC | artikler |
| PubMed | artikler |
| NCBI | NCBI proteiner |
| CAS | 9029-33-8 |
| Mediefiler på Wikimedia Commons | |
Ferredoxin - NADP + -reduktase , forkortet FNR , et enzym fra klassen af oxidoreduktaser , der katalyserer reduktionsreaktionen af NADP + ved at bruge ferredoxin som elektrondonor.
De tre nødvendige substrater for dette enzym er reduceret ferredoxin , NADP + og H + . Produkter, der dannes under reaktionen: oxideret ferredoxin og NADPH . Enzymet har en flavin cofaktor - FAD .
Enzymet tilhører familien af oxidoreduktaser , som bruger jern-svovlproteiner som elektrondonorer og NAD + eller NADP + som elektronacceptorer.
Deltager i fotosynteseprocessen .
Det systematiske navn for denne klasse af enzymer er ferredoxin:NADP + oxidoreduktase. Andre almindeligt anvendte navne:
Under driften af fotosyntesens elektrontransportkæde overføres elektroner fra et vandmolekyle til en en-elektron proteinbærer - ferredoxin. Ferredoxin:NADP + -reduktase sikrer derefter overførslen af elektroner fra hver af de to ferredoxinmolekyler til et molekyle af en to-elektron lavmolekylær bærer - NADP + . [1] FNR bruger FAD , som kan eksistere i tre forskellige tilstande: fuldt oxideret, semiquinon med en elektron accepteret og fuldt reduceret (efter at have accepteret to elektroner). [2]
Mekanismen for FNR-katalyse kan godt beskrives i form af modellen for induceret katalyse. [2] Bindingen af ferredoxin af enzymet fører til dannelsen af en hydrogenbinding mellem glutamatresten (E312) og serinresten (C96) i det aktive sted . [3] Glutamatresten er meget konserveret, da den stabiliserer semiquinonformen af FAD og er en protondonor/acceptor i reaktionen. [4] Det hastighedsbegrænsende trin i hele reaktionen er afgangen af det første oxiderede ferredoxinmolekyle fra det aktive center efter en-elektron reduktion af FAD. [2] Dette trin hæmmes af høje koncentrationer af oxideret ferredoxin og aktiveres af tilstedeværelsen af NADP + i miljøet . [2] Binding til NADP + reducerer enzymets affinitet til ferredoxin. [5]
Enzymet accelererer også den omvendte reaktion for at danne reduceret ferredoxin, som kan bruges i forskellige biosyntetiske veje. Nogle bakterier og alger har en form for enzymet, der bruger flavodoxin i stedet for ferredoxin som en-elektron-bærer.
Planteferredoxin-NADP(+)-reduktase har to strukturelle domæner. Det første domæne er repræsenteret af en antiparallel β-cylinder ved N-terminalen af proteinet med et FAD -bindingssted . [6] Det andet domæne ved proteinets C-terminal omfatter adskillige α-helix- og β - sheet - strukturer, der binder NADP + . [6] [7] Det aktive sted for enzymet er placeret i krydset mellem to domæner. [otte]
Bindingen af enzymet til thylakoidmembranen tilvejebringes af en type II polyprolin helix dannet mellem to FNR monomerer. Fra membransiden er flere prolinrige integrale proteiner involveret i FNR-binding . [9]
Ved udgangen af 2007 er der defineret 54 enzymstrukturer for denne klasse med PDB- adgangskoder .
Ferredoxin-NADP(+)-reduktase er det sidste enzym i elektronoverførselskæden under fotosyntese fra fotosystem I til NADPH. NADPH bruges som en reducerende ækvivalent i Calvin-cyklusreaktioner . Elektronoverførsel fra ferredoxin til NADPH sker kun i lys, delvist fordi FNR-aktivitet hæmmes i mørke. [10] I ikke-fotosyntetiske organismer virker FNR primært omvendt for at give reduceret ferredoxin til forskellige metaboliske veje . Disse veje inkluderer nitrogenfiksering, terpenoidbiosyntese , steroidmetabolisme, respons på oxidativt stress og biogenese af jern-svovlprotein.
FNR er et vandopløseligt protein, der findes frit i kloroplastens stroma og indlejret i thylakoidmembranen. Denne binding sker på den modsatte side af enzymets aktive sted og påvirker højst sandsynligt ikke strukturen af det aktive sted og påvirker ikke den enzymatiske aktivitet signifikant. Når det er bundet til thylakoidmembranen, eksisterer det som en dimer, men når enzymet er i stroma, eksisterer det som en monomer. Hastigheden af FNR-binding til integrale membranproteiner på thylakoidmembranen øges i et surt miljø, så FNR-binding til thylakoidmembranen kan være en måde at opbevare og stabilisere enzymet i mørke, når fotosyntese ikke finder sted. [11] pH-værdien af kloroplasternes stroma varierer fra let surt i mørke til mere basisk i lyset. I mørke vil mere FNR således binde sig til thylakoidmembranen, og i lyset vil mere FNR dissociere og være fri i stroma.
Ferredoxin-NADP(+)-reduktaser er til stede i mange organismer, herunder planter , bakterier , eukaryote mitokondrier . Imidlertid tilhører disse proteiner to ubeslægtede familier og er et eksempel på konvergent evolution . Plantetype-FNR'er omfatter plastid-plantetype-FNR'er og bakterielle FNR'er. FNR'er af typen glutathionreduktase findes i eukaryoternes mitokondrier.
I plante-FNR-familien har selektivt evolutionært tryk ført til forskelle i katalytisk effektivitet mellem fotosyntetiske og ikke-fotosyntetiske organismer. Elektronoverførsel via FNR er et begrænsende trin i processen med fotosyntese; derfor har plastid-FNR i planter udviklet sig til meget effektive. Disse plastid-FNR'er er 20-100 gange mere aktive end bakterielle FNR'er. [12] Denne høje katalytiske effektivitet af elektronoverførsel fra FAD til NADP skyldes strukturelle ændringer i det aktive sted, der reducerer afstanden mellem N5 i FAD og C4 i NADP(+). [13]
Planteplastid-FNR'er har også udviklet sig til at opnå en højere grad af substratspecificitet for NADP(+) end for NAD(+); analyse af aminosyremutationer viste, at den terminale tyrosinrest i plastid FNR spiller en nøglerolle i denne substratspecificitet . I modsætning hertil binder nogle ikke-fotosyntetiske FNR'er ikke fortrinsvis NADP(+) og mangler denne tyrosinrest.
Enzymet betragtes som mulige mål for behandlingen af nogle almindelige humane protozosygdomme forårsaget af obligate intracellulære parasitter af typen Apicomplexa .
Apikomplekser er karakteriseret ved tilstedeværelsen af specielle organeller - apicoplaster . Apicoplaster opstod som et resultat af symbiogenese af parasittens forfader med algerne. Derfor indeholder apicoplasten plante-type FNR, som bruges til at reducere ferredoxin, som er en vigtig elektrondonor i mange metaboliske veje. [14] Samtidig mangler mennesker proteiner tæt på plante-FNR, hvilket gør dem til lovende mål for lægemiddelbehandling.
Til dato er FNR-generne blevet sekventeret fra de to hovedrepræsentanter for apikomplekserne, der påvirker mennesker: Plasmodium falciparum (det forårsagende middel til malaria ) og Toxoplasma gondii (det forårsagende middel til toxoplasmose) . [15] Der arbejdes på at finde lægemidler, der undertrykker disse parasitters FNR.