В некоторых случаях кластеры Fe-S неактивны в окислительно-восстановительном процессе, но предполагается, что они играют структурную роль. Примеры включают эндонуклеазу III и MutY. [ 3 ] [ 4 ]
Почти во всех белках Fe–S Fe-центры имеют тетраэдрическую форму, а концевые лиганды представляют собой тиолато-серные центры из остатков цистеинила. Сульфидные группы бывают двух- или трехкоординированными. Наиболее распространены три различных типа кластеров Fe-S с этими особенностями.
Белки железа и серы участвуют в различных биологических процессах переноса электронов, таких как фотосинтез и клеточное дыхание, которые требуют быстрого переноса электронов для поддержания энергетических или биохимических потребностей организма. Выполняя свою разнообразную биологическую роль, железо-серные белки осуществляют быстрый перенос электронов и охватывают весь диапазон физиологических окислительно-восстановительных потенциалов от -600 мВ до +460 мВ.
Внешние молекулы воды, расположенные близко к активному центру железа и серы, уменьшают ковалентность; это можно показать с помощью экспериментов по лиофилизации , при которых вода удаляется из белка. Это снижение происходит потому, что внешняя вода образует водородные связи с цистеином S, уменьшая донорство электронов неподеленной пары последнего Fe. 3+/2+ оттягивая S-электроны. [ 5 ] Поскольку ковалентность стабилизирует Fe 3+ больше, чем Fe 2+ , Фе 3+ более дестабилизирован водородной связью HOH-S.
Фе 3+ 3d-орбитальные энергии следуют «перевернутой» схеме связи, которая по счастливой случайности имеет Fe 3+ d-орбитали по энергии близко соответствуют 3p-орбиталям серы, что обеспечивает высокую ковалентность образующейся связывающей молекулярной орбитали. [ 3 ] Эта высокая ковалентность снижает энергию реорганизации внутренней сферы. [ 3 ] и в конечном итоге способствует быстрому переносу электронов.
Простейшая полиметаллическая система, кластер [Fe 2 S 2 ], состоит из двух ионов железа, связанных между собой двумя сульфид-ионами и координированных четырьмя цистеинильными лигандами Fe 2 S 2 (в ферредоксинах ) или двумя цистеинами и двумя гистидинами (в белках Риске). ). Окисленные белки содержат два Fe 3+ ионы, тогда как восстановленные белки содержат один Fe 3+ и один Фе 2+ ион. Эти виды существуют в двух степенях окисления (Fe III ) 2 и Fe III Фе II . Железо-серный домен CDGSH также связан с кластерами 2Fe-2S.
Риске 2Fe-2S Кластерные степени окисления Fe 3+ и Fe 2+
Белки Риске содержат кластеры Fe-S, которые координируются как структура 2Fe-2S и могут быть обнаружены в мембраносвязанном комплексе цитохрома bc1 III в митохондриях эукариот и бактерий. Они также являются частью белков хлоропластов, таких как комплекс цитохрома b 6 f в фотосинтезирующих организмах. Эти фотосинтезирующие организмы включают растения, зеленые водоросли и цианобактерии , бактериальные предшественники хлоропластов. Оба являются частью цепи переноса электронов своих организмов, что является решающим шагом в сборе энергии для многих организмов. [ 6 ]
Распространенным мотивом являются четыре иона железа и четыре иона сульфида, расположенные в вершинах кластера кубанского типа . Центры Fe обычно дополнительно координируются цистеинильными лигандами. Белки-переносчики электронов [Fe 4 S 4 ] ([Fe 4 S 4 ] ферредоксины ) можно далее подразделить на ферредоксины с низким потенциалом (бактериального типа) и ферредоксины с высоким потенциалом (HiPIP) . Низко- и высокопотенциальные ферредоксины связаны следующей окислительно-восстановительной схемой:
Кластеры 4Fe-4S служат электронными реле в белках.
В HiPIP кластер перемещается между [2Fe 3+ , 2Fe 2+ ] (Fe 4 S 4 2+ ) и [3Fe 3+ , Фе 2+ ] (Fe 4 S 4 3+ ). Потенциалы этой окислительно-восстановительной пары колеблются от 0,4 до 0,1 В. В бактериальных ферредоксинах пара степеней окисления: [Fe 3+ , 3Fe 2+ ] (Fe 4 S 4 + ) и [2Fe 3+ , 2Fe 2+ ] (Fe 4 S 4 2+ ). Потенциалы этой окислительно-восстановительной пары варьируются от -0,3 до -0,7 В. Два семейства кластеров 4Fe–4S имеют общий Fe 4 S 4 2+ степень окисления. Различие в окислительно-восстановительных парах объясняется степенью водородной связи, которая сильно модифицирует основность цистеинилтиолатных лигандов. [ нужна ссылка ] Еще одна окислительно-восстановительная пара, которая еще более восстанавливающая, чем бактериальные ферредоксины, участвует в нитрогеназе .
Некоторые кластеры 4Fe–4S связывают субстраты и поэтому классифицируются как кофакторы ферментов. В аконитазе кластер Fe-S связывает аконитат в одном центре Fe, в котором отсутствует тиолатный лиганд. Кластер не подвергается окислительно-восстановительному воздействию, но служит катализатором кислоты Льюиса для превращения цитрата в изоцитрат . В радикальных ферментах SAM кластер связывает и восстанавливает S-аденозилметионин с образованием радикала, который участвует во многих биосинтезах. [ 7 ]
4Fe-4S степени окисления железа 3+ , Фе 2.5+ и Fe 2+ .
Второй кубан, показанный здесь со смешанными валентными парами (2 Fe3+ и 2 Fe2+), имеет большую стабильность за счет ковалентной связи и сильную ковалентную делокализацию «лишнего» электрона от восстановленного Fe2+, что приводит к полной ферромагнитной связи.
Известно также, что белки содержат центры [Fe 3 S 4 ], в которых на одно железо меньше, чем в более распространенных ядрах [Fe 4 S 4 ]. Три сульфид-иона связывают по два иона железа каждый, а четвертый сульфид связывает три иона железа. Их формальные степени окисления могут варьироваться от [Fe 3 S 4 ] + (все-Fe 3+ форма) до [Fe 3 S 4 ] 2− (все-Fe 2+ форма). В ряде железо-серных белков кластер [Fe 4 S 4 ] может обратимо превращаться за счет окисления и потери одного иона железа в кластер [Fe 3 S 4 ]. Например, неактивная форма аконитазы обладает [Fe 3 S 4 ] и активируется добавлением Fe 2+ и восстановитель.
[FeFe] -гидрогеназа имеет «H-кластер», состоящий из мостика Fe 4 S 4 к Fe 2 через цистин. Половина Fe 2 содержит уникальные лиганды: 3 CO, 2 CN. - и азадитиолат HN(CH 2 S − ) 2 . [ 11 ]
Особый 6-цистеин-координированный кластер [Fe 4 S 3 ] был обнаружен в толерантных к кислороду мембраносвязанных [NiFe] гидрогеназах. [ 12 ] [ 13 ]
«Двойной кубановый кластер» [Fe 8 S 9 ], обнаруженный в некоторых АТФазах, связанных с нитрогеназой, состоит из двух [Fe 4 S 4 ], соединенных цистеином. Функции таких белков остаются неясными. [ 14 ]
Диапазоны потенциалов восстановления, Е тот (мВ), охватываемый различными классами железо-серных белков, гемовых белков и медных белков. (HiPIP = железо-серные белки с высоким потенциалом, Rdx = рубредоксины, Fdx = ферредоксины, Cyt = цитохромы.)
Биосинтез кластеров Fe–S хорошо изучен. [ 15 ] [ 16 ] [ 17 ]
Биогенез железо-серных кластеров наиболее подробно изучен у бактерий E. coli и A. vinelandii и дрожжей S. cerevisiae . К настоящему времени идентифицированы по крайней мере три различные биосинтетические системы, а именно системы nif, suf и isc, которые впервые были идентифицированы у бактерий. Система nif отвечает за кластеры фермента нитрогеназы. Системы suf и isc являются более общими.
Лучше всего описана дрожжевая система isc. Несколько белков составляют биосинтетический аппарат ISC-пути. Этот процесс происходит в два основных этапа:
(1) кластер Fe/S собирается на каркасном белке с последующей (2) передачей предварительно сформированного кластера белкам-реципиентам.
Первый этап этого процесса происходит в цитоплазме прокариотических . организмов или в митохондриях эукариотических организмов Поэтому у высших организмов кластеры транспортируются из митохондрий и включаются во внемитохондриальные ферменты. Эти организмы также обладают набором белков, участвующих в процессах транспорта и включения кластеров Fe/S, которые не гомологичны белкам, обнаруженным в прокариотических системах.
О синтетических аналогах встречающихся в природе кластеров Fe-S впервые сообщили Холм и его коллеги. [ 18 ] Обработка солей железа смесью тиолатов и сульфида дает такие производные, как ( Et 4 N ) 2 Fe 4 S 4 (SCH 2 Ph) 4 ]. [ 19 ] [ 20 ]
Нудлман Л., Ловелл Т., Лю Т., Химо Ф. и Торрес Р.А. (2002). «Изучение свойств и энергетики железо-серных белков от простых кластеров до нитрогеназы». Курс. Мнение. хим. Биол . 6 (2): 259–273. дои : 10.1016/S1367-5931(02)00309-5 . ПМИД 12039013 . {{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
Спиро, Т.Г., Эд. (1982). Железо-серные белки . Нью-Йорк: Уайли. ISBN 0-471-07738-0 . {{cite book}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
Arc.Ask3.Ru Номер скриншота №: dcff21ae89692470cfc9add9d17b8753__1706419860 URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/dc/53/dcff21ae89692470cfc9add9d17b8753.html Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1: Iron-sulfur protein - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)