Аденилатсульфатредуктаза

показывать Поиск
PMC	articles
PubMed	articles
NCBI	proteins

аденилатсульфатредуктаза
аденилатсульфатредуктаза
	Гететеретрамер аденилатсульфатредуктазы, Archaeoglobus fulgidus
Идентификаторы
Номер ЕС.	1.8.99.2
Номер CAS.	9027-75-2
Базы данных
ИнтЭнк	вид IntEnz
БРЕНДА	БРЕНДА запись
Экспаси	Просмотр NiceZyme
КЕГГ	КЕГГ запись
МетаЦик	метаболический путь
ПРЯМОЙ	профиль
PDB Структуры	RCSB PDB PDBe PDBsum
Генная онтология	АмиГО / QuickGO
PMC
показывать Поиск
PMC	articles
PubMed	articles
NCBI	proteins

Аденилатсульфатредуктаза ( EC 1.8.99.2 ) представляет собой фермент , который катализирует химическую реакцию восстановления аденилилсульфата/аденозин-5'-фосфосульфата (APS) до сульфита посредством использования электронодонорного кофактора. Продуктами реакции являются АМФ и сульфит, а также окисленный электронодонорный кофактор.

Номенклатура

Этот фермент принадлежит к семейству оксидоредуктаз , в частности тех, которые действуют на серную группу доноров с другими акцепторами. Систематическое название этого класса ферментов — АМФ, сульфит:акцепторная оксидоредуктаза (аденозин-5'-фосфосульфатобразующая). Другие широко используемые названия включают аденозинфосфосульфатредуктазу, аденозин-5'-фосфосульфатредуктазу, APS-редуктазу, APS-редуктазу, AMP, сульфит: (акцептор) оксидоредуктазу и (аденозин-5'-фосфосульфатобразующую). Этот фермент участвует в метаболизме селена и метаболизме серы . ^{[ 1 ]}

Механизм

APS-редуктаза катализирует обратимое превращение APS в сульфит и AMP, что является стадией, определяющей скорость всей реакции. ^{[ 2 ]} Реакция, катализируемая APS-редуктазой, выглядит следующим образом:

$APS+2e^{-}\longleftrightarrow AMP+HSO_{3}^{-}(E^{\circ }=-60mV)$ ^{[ 2 ]}

Сульфат должен быть активирован до АФС с помощью АТФ-сульфурилазы за счет одного АТФ, следовательно, эта реакция требует затрат энергии. ^{[ 2 ]} Вышеуказанная реакция происходит в строго анаэробной среде. ^{[ 2 ]} Два электрона происходят от восстановленного кофактора, в данном случае восстановленного FAD. ^{[ 3 ]} Для прямого направления требуется одна молекула AMP; однако исследования показывают, что для обратной реакции требуются две молекулы AMP (одна действует на субстрат, а другая ингибирует прямую реакцию). ^{[ 3 ]} Обратимая реакция происходит, когда AMP связывается с остатком Arg317, изменяя подтверждение Arg317 и APS-редуктазы в целом, что обеспечивает термодинамическую движущую силу для движения в обратном направлении. ^{[ 3 ]}

APS-редуктазы участвуют как в ассимиляционной, так и в диссимиляционной сульфатредукции. ^{[ 4 ]} Диссимиляционная сульфатредукция превращает сульфат в сульфид — источник серы, который может распространяться по всему организму. ^{[ 4 ]} Ассимилирующая сульфатредукция превращает сульфат в цистеин. ^{[ 4 ]} Диссимиляционный и ассимиляционный пути используют APS-редуктазы в качестве метаболического инструмента для производства источника серы и аминокислот соответственно. ^{[ 4 ]}

Структура

По состоянию на конец 2014 года 6 структур для этого класса ферментов было решено PDB с кодами доступа 1JNR , 1JNZ , 2FJA , 2FJB , 2FJD и 2FJE .

Мономер фермента состоит из смеси α-спиралей и β-листов (как параллельных, так и антипараллельных). Белковый кофактор тиоредоксин может обеспечить необходимые восстанавливающие эквиваленты для реакции в виде двух остатков цистеина, которые в конечном итоге окисляются до дисульфидной связи. ^{[ 5 ]} Основная активная форма APS-редуктазы, как видно у растений, представляет собой гетеродимер. ^{[ 6 ]} И у бактерий, и у растений два гетеродимера имеют тенденцию образовываться вместе и образовывать гетеротетрамер. ^{[ 7 ]}

Расщелина активного центра бактериальной АПС-редуктазы состоит из нескольких ключевых элементов. Остаточные последовательности, которые, по-видимому, необходимы для катализа, представляют собой P-петлю (остатки 60–66), Arg-петлю (остатки 162–173) и мотив LDTG (остатки 85–88). P-петля, или фосфатсвязывающая петля, представляет собой особенно важную последовательную последовательность остатков, которая помогает распознавать фосфатную группу в APS и, как следствие, влияет на субстратную специфичность APS-редуктазы. С-концевой Cys256 также каталитически важен и, по-видимому, играет роль в изменении конформации фермента во время катализа. ^{[ 5 ]}

Одним из примечательных химических мотивов, отличающих APS-редуктазу от родственной 3'-фосфоаденозин-5'-фосфосульфат (PAPS) редуктазы, является наличие консервативного цистеинового мотива CC-X _~80 -CXXC, который встречается в дополнение к универсально консервативному каталитическому мотиву. остаток цистеина. Этот мотив коррелирует с наличием кластера [4Fe-4S]; следовательно, эти железо-серные кластеры не присутствуют в PAPS-редуктазе. Когда присутствует кластер железо-сера, он необходим для каталитической активности и координируется с четырьмя остатками цистеина в консервативном мотиве на другой стороне щели активного центра. ^{[ 5 ]}

Функция

Сера является жизненно важным компонентом биологической жизни и ключевым элементом аминокислот цистеина и метионина. ^{[ 6 ]} APS-редуктаза контролирует лимитирующую стадию ассимиляции эндогенной серы, которая представляет собой процесс образования сероводорода из сульфита. Сероводород является одним из основных источников серы в растениях. ^{[ 6 ]} APS-редуктаза контролирует поток неорганической серы к цистеину, который участвует во многих биологических процессах растений, таких как рост, развитие и реакция на биотические и абиотические стрессы. ^{[ 6 ]} Фактически, исследования показали, что, когда клетки испытывают недостаток серы, экспрессия гена APS-редуктазы колеблется, что указывает на то, что, когда растения подвергаются метаболическому и регуляторному стрессу, APS-редуктаза, вероятно, является ключевым ферментом в производстве сероводорода и восстановлении гомеостаза. ^{[ 6 ]}

Бактерии используют APS-редуктазы для участия в ассимиляционной и диссимиляционной сульфатредукции, что делает их главными кандидатами для появления в средах очистки сточных вод. ^{[ 8 ]} Биозагрязнения могут содержать ряд сульфатредуцирующих бактерий, и исследования показали, что если не обрабатывать очистные сооружения, уровень сульфатов снизится. ^{[ 8 ]} Эти исследования еще больше подтвердили решающую роль APS-редуктазы в глобальном цикле серы, предоставив организмам еще один уникальный способ получения серы, когда она недоступна. ^{[ 8 ]}

Клиническое значение

APS-редуктаза не существует в протеоме клеток человека; следовательно, эти ферменты стали объектами исследований по различным экологическим и медицинским причинам. Конкурентные ингибиторы АПС-редуктазы микобактерий туберкулеза изучаются как новый возможный путь лечения туберкулеза, особенно лекарственно-устойчивого и латентного туберкулеза. ^{[ 9 ]} Такие ингибиторы также изучались в контексте добычи нефти и газа из пластов, чтобы лучше контролировать скисание таких продуктов. ^{[ 10 ]}

Некоторые APS-редуктазы также были исследованы на предмет их роли в метаболизме и восстановлении селена из-за химического сходства между серой и селеном. APR2, доминирующий изофермент APS-редуктазы в модельном растении Arabidopsis thaliana , вовлечен в участие в толерантности к селенату и метаболизме селенита. Такие исследования могут затем помочь в улучшении фиторемедиации селена в растениях и, как следствие, в биофортификации рациона. ^{[ 1 ]}

Ссылки

^ Jump up to: ^а ^б Грант К., Кэри Н.М., Мендоса М., Шульце Дж., Пилон М., Пилон-Смитс Е.А., ван Хёвик Д. (сентябрь 2011 г.). «Мутация аденозин-5'-фосфосульфатредуктазы (APR2) у Arabidopsis приводит к дефициту глутатиона в селенатной токсичности». Биохимический журнал . 438 (2): 325–35. дои : 10.1042/BJ20110025 . ПМИД 21585336 .
^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д Шиффер А., Фриц Г., Кронек П.М., Эрмлер У. (март 2006 г.). «Механизм реакции железосерного флавофермента аденозин-5'-фосфосульфатредуктазы, основанный на структурной характеристике различных ферментативных состояний». Биохимия . 45 (9): 2960–7. дои : 10.1021/bi0521689 . ПМИД 16503650 .
^ Jump up to: ^а ^б ^с Войчик-Августин А., Йоханссон А.Дж., Боровски Т. (январь 2021 г.). «Механизм реакции, катализируемый диссимиляционной аденозин-5'-фосфосульфатредуктазой. Ингибитор аденозин-5'-монофосфата и ключевая роль аргинина 317 в переключении хода катализа» . Biochimica et Biophysica Acta (BBA) — Биоэнергетика . 1862 (1): 148333. doi : 10.1016/j.bbabio.2020.148333 . ПМИД 33130026 . S2CID 226235547 .
^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д Кушкевич И., Цейнар Ю., Тремл Ю., Дордевич Д., Коллар П., Витезова М. (март 2020 г.). «Последние достижения в области метаболических путей восстановления сульфатов у кишечных бактерий» . Клетки . 9 (3): 698. doi : 10.3390/cells9030698 . ПМК 7140700 . ПМИД 32178484 .
^ Jump up to: ^а ^б ^с Чартрон Дж., Кэрролл К.С., Шиау С., Гао Х., Лири Дж.А., Бертоцци С.Р., Стаут CD (ноябрь 2006 г.). «Распознавание субстрата, динамика белков и железо-серный кластер в аденозин-5'-фосфосульфатредуктазе Pseudomonas aeruginosa» . Журнал молекулярной биологии . 364 (2): 152–69. дои : 10.1016/j.jmb.2006.08.080 . ПМЦ 1769331 . ПМИД 17010373 .
^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и Фу Ю, Тан Дж, Яо ГФ, Хуан ЗК, Ли ЮХ, Хань З и др. (2018). «Центральная роль аденозин-5'-фосфосульфатредуктазы в контроле метаболизма сероводорода в растениях» . Границы в науке о растениях . 9 : 1404. doi : 10.3389/fpls.2018.01404 . ПМК 6166572 . ПМИД 30319669 .
^ Фриц Г., Рот А., Шиффер А., Бюхерт Т., Буренков Г., Бартуник Х.Д. и др. (февраль 2002 г.). «Структура аденилилсульфатредуктазы гипертермофильного Archaeoglobus fulgidus при разрешении 1,6 А» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 99 (4): 1836–1841. Бибкод : 2002PNAS...99.1836F . дои : 10.1073/pnas.042664399 . ПМК 122280 . ПМИД 11842205 .
^ Jump up to: ^а ^б ^с Чжоу Л, Оу П, Чжао Б, Чжан В, Ю К, Се К, Чжуан WQ (январь 2021 г.). «Ассимиляционное и диссимиляционное уменьшение сульфатов в бактериальном разнообразии биозагрязнений из полномасштабного биопленочно-мембранного биореактора для очистки сточных вод текстильной промышленности». Наука об общей окружающей среде . 772 : 145464. Бибкод : 2021ScTEn.772n5464Z . doi : 10.1016/j.scitotenv.2021.145464 . ПМИД 33571768 . S2CID 231898490 .
^ Косконати С., Хонг Дж.А., Новеллино Э., Кэрролл К.С., Гудселл Д.С., Олсон А.Дж. (ноябрь 2008 г.). «Структурный виртуальный скрининг и биологическая оценка ингибиторов аденозин-5'-фосфосульфатредуктазы Mycobacterium Tuberculosis» . Журнал медицинской химии . 51 (21): 6627–30. дои : 10.1021/jm800571m . ПМЦ 2639213 . ПМИД 18855373 .
^ Дос Сантос ES, де Соуза LC, де Ассис ПН, Алмейда ПФ, Рамос-де-Соуза Э (2014). «Новые потенциальные ингибиторы аденилилсульфатредуктазы для контроля закисления воды в нефтяной промышленности». Журнал биомолекулярной структуры и динамики . 32 (11): 1780–92. дои : 10.1080/07391102.2013.834850 . ПМИД 24028628 . S2CID 31496404 .

Дальнейшее чтение

Майклс ГБ, Дэвидсон Дж. Т., Пек Х. Д. (май 1970 г.). «Аддукт флавин-сульфита как промежуточный продукт в реакции, катализируемой аденилатсульфитредуктазой из Desulfovibrio vulgaris». Связь с биохимическими и биофизическими исследованиями . 39 (3): 321–8. дои : 10.1016/0006-291X(70)90579-6 . ПМИД 5421934 .

[:0-1] Jump up to: ^а ^б Грант К., Кэри Н.М., Мендоса М., Шульце Дж., Пилон М., Пилон-Смитс Е.А., ван Хёвик Д. (сентябрь 2011 г.). «Мутация аденозин-5'-фосфосульфатредуктазы (APR2) у Arabidopsis приводит к дефициту глутатиона в селенатной токсичности». Биохимический журнал . 438 (2): 325–35. дои : 10.1042/BJ20110025 . ПМИД 21585336 .

[:4-2] Jump up to: ^а ^б ^с ^д Шиффер А., Фриц Г., Кронек П.М., Эрмлер У. (март 2006 г.). «Механизм реакции железосерного флавофермента аденозин-5'-фосфосульфатредуктазы, основанный на структурной характеристике различных ферментативных состояний». Биохимия . 45 (9): 2960–7. дои : 10.1021/bi0521689 . ПМИД 16503650 .

[:5-3] Jump up to: ^а ^б ^с Войчик-Августин А., Йоханссон А.Дж., Боровски Т. (январь 2021 г.). «Механизм реакции, катализируемый диссимиляционной аденозин-5'-фосфосульфатредуктазой. Ингибитор аденозин-5'-монофосфата и ключевая роль аргинина 317 в переключении хода катализа» . Biochimica et Biophysica Acta (BBA) — Биоэнергетика . 1862 (1): 148333. doi : 10.1016/j.bbabio.2020.148333 . ПМИД 33130026 . S2CID 226235547 .

[:6-4] Jump up to: ^а ^б ^с ^д Кушкевич И., Цейнар Ю., Тремл Ю., Дордевич Д., Коллар П., Витезова М. (март 2020 г.). «Последние достижения в области метаболических путей восстановления сульфатов у кишечных бактерий» . Клетки . 9 (3): 698. doi : 10.3390/cells9030698 . ПМК 7140700 . ПМИД 32178484 .

[:1-5] Jump up to: ^а ^б ^с Чартрон Дж., Кэрролл К.С., Шиау С., Гао Х., Лири Дж.А., Бертоцци С.Р., Стаут CD (ноябрь 2006 г.). «Распознавание субстрата, динамика белков и железо-серный кластер в аденозин-5'-фосфосульфатредуктазе Pseudomonas aeruginosa» . Журнал молекулярной биологии . 364 (2): 152–69. дои : 10.1016/j.jmb.2006.08.080 . ПМЦ 1769331 . ПМИД 17010373 .

[:2-6] Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и Фу Ю, Тан Дж, Яо ГФ, Хуан ЗК, Ли ЮХ, Хань З и др. (2018). «Центральная роль аденозин-5'-фосфосульфатредуктазы в контроле метаболизма сероводорода в растениях» . Границы в науке о растениях . 9 : 1404. doi : 10.3389/fpls.2018.01404 . ПМК 6166572 . ПМИД 30319669 .

[7] Фриц Г., Рот А., Шиффер А., Бюхерт Т., Буренков Г., Бартуник Х.Д. и др. (февраль 2002 г.). «Структура аденилилсульфатредуктазы гипертермофильного Archaeoglobus fulgidus при разрешении 1,6 А» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 99 (4): 1836–1841. Бибкод : 2002PNAS...99.1836F . дои : 10.1073/pnas.042664399 . ПМК 122280 . ПМИД 11842205 .

[:3-8] Jump up to: ^а ^б ^с Чжоу Л, Оу П, Чжао Б, Чжан В, Ю К, Се К, Чжуан WQ (январь 2021 г.). «Ассимиляционное и диссимиляционное уменьшение сульфатов в бактериальном разнообразии биозагрязнений из полномасштабного биопленочно-мембранного биореактора для очистки сточных вод текстильной промышленности». Наука об общей окружающей среде . 772 : 145464. Бибкод : 2021ScTEn.772n5464Z . doi : 10.1016/j.scitotenv.2021.145464 . ПМИД 33571768 . S2CID 231898490 .

[9] Косконати С., Хонг Дж.А., Новеллино Э., Кэрролл К.С., Гудселл Д.С., Олсон А.Дж. (ноябрь 2008 г.). «Структурный виртуальный скрининг и биологическая оценка ингибиторов аденозин-5'-фосфосульфатредуктазы Mycobacterium Tuberculosis» . Журнал медицинской химии . 51 (21): 6627–30. дои : 10.1021/jm800571m . ПМЦ 2639213 . ПМИД 18855373 .

[10] Дос Сантос ES, де Соуза LC, де Ассис ПН, Алмейда ПФ, Рамос-де-Соуза Э (2014). «Новые потенциальные ингибиторы аденилилсульфатредуктазы для контроля закисления воды в нефтяной промышленности». Журнал биомолекулярной структуры и динамики . 32 (11): 1780–92. дои : 10.1080/07391102.2013.834850 . ПМИД 24028628 . S2CID 31496404 .

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]

v т и Оксидоредуктазы : серооксидоредуктазы ( EC 1.8)
1.8.1: NAD or NADP	Dihydrolipoamide dehydrogenase Glutathione reductase Thioredoxin reductase
1.8.2: cytochrome	Sulfite dehydrogenase Thiosulfate dehydrogenase Flavocytochrome c sulfide dehydrogenase
1.8.3: oxygen	Sulfite oxidase
1.8.4: disulfide	Glutathione—homocystine transhydrogenase
1.8.5: quinone	Glutathione dehydrogenase (ascorbate)
1.8.98: Other, known	CoB—CoM heterodisulfide reductase
1.8.99: Other	Sulfite reductase

v т и Ферменты
Activity	Active site Binding site Catalytic triad Oxyanion hole Enzyme promiscuity Diffusion-limited enzyme Cofactor Enzyme catalysis
Regulation	Allosteric regulation Cooperativity Enzyme inhibitor Enzyme activator
Classification	EC number Enzyme superfamily Enzyme family List of enzymes
Kinetics	Enzyme kinetics Eadie–Hofstee diagram Hanes–Woolf plot Lineweaver–Burk plot Michaelis–Menten kinetics
Types	EC1 Oxidoreductases (list) EC2 Transferases (list) EC3 Hydrolases (list) EC4 Lyases (list) EC5 Isomerases (list) EC6 Ligases (list) EC7 Translocases (list)