Флаводоксин

Флаводоксины (Fld) представляют собой небольшие растворимые белки -переносчики электронов . ^{[ 1 ]}^{[ 2 ]} Флаводоксины содержат флавинмононуклеотид в качестве простетической группы. Структура флаводоксина характеризуется пятинитевым параллельным бета-листом , окруженным пятью альфа-спиралями . ^{[ 3 ]} Они были выделены из прокариот , цианобактерий и некоторых эукариотических водорослей . ^{[ 2 ]}

Фон

Первоначально обнаруженные в цианобактериях и клостридиях , флаводоксины были открыты более 50 лет назад. ^{[ 4 ]} Эти белки произошли из анаэробной среды под действием селективного давления. Ферредоксин , еще один окислительно-восстановительный белок, был единственным белком, который можно было использовать таким образом. Однако когда в окружающей среде стал присутствовать кислород, количество железа стало ограниченным. Ферредоксин зависит от железа, а также чувствителен к оксидантам. В условиях ограниченного содержания железа ферредоксин больше не был предпочтительным. С другой стороны, флаводоксин является противоположностью этих свойств, поскольку он устойчив к окислителям и имеет изофункциональные аналоги, не содержащие железа. Таким образом, в течение некоторого времени флаводоксин был основным редокс-белком. Однако теперь, когда ферредоксин и флаводоксин присутствуют в одном и том же геноме , ферредоксин все еще используется, но в условиях низкого содержания железа индуцируется флаводоксин. ^{[ 5 ]}

Структура

Существуют три формы флаводоксина: окисленная , (OX) семихинон , (SQ) и гидрохинон (HQ). Хотя он относительно небольшой (M _w = 15-22 кДа), ^{[ 6 ]} флаводоксины делятся на «длинные» и «короткие» цепи. Короткоцепочечные флаводоксины содержат от 140 до 180 аминокислотных остатков. ^{[ 4 ]} в то время как флаводоксины с длинной цепью включают вставку из 20 аминокислот в последнюю бета-цепь . Эти остатки образуют петлю, которую можно использовать для увеличения аффинности связывания флавинмононуклеотида, а также для содействия образованию свернутых промежуточных продуктов. Однако до сих пор неясно, что такое истинная функция цикла. Кроме того, флавинмононуклеотид нековалентно связан с белком флаводоксином и переносит электроны . ^{[ 4 ]}^{[ 5 ]}

Медицинские приложения

Heliobacter pylori (Hp), наиболее распространенный желудочный патоген человека, требует флаводоксинов в составе своего основного POR (ферментного комплекса пируват-оксидоредуктазы). ^{[ 7 ]} используется при декарбоксилировании пирувата. Большинство флаводоксинов имеют большой гидрофобный остаток, такой как триптофан, рядом с FMN , но вместо этого у Hp есть остаток аланина, позволяющий образовывать карман растворенного вещества. В настоящее время проводятся исследования по выявлению нетоксичных ингибиторов флаводоксина, специфичных для Hp, для лечения инфекции. ^{[ 8 ]}

Механизм

Для активности флаводоксинов необходим крайне отрицательный окислительно-восстановительный потенциал. Конформация семихинона стабилизируется водородной связью в положении N-5 флавина. Эта связь, а также общий остаток триптофана рядом с местом связывания способствуют снижению реактивности SQ. Форма гидрохинона принимает плоскую конформацию, дестабилизируя ее. ^{[ 9 ]} Перенос электрона происходит по диметилбензольному кольцу ФМН.

Флаводоксины в цианобактериях

(RCF-1) Тригональная форма рекомбинантного окисленного длинноцепочечного флаводоксина у Anabaena/Nostoc sp. Активный сайт характеризуется кофактором FMN (флавинмононуклеотид), выделенным пурпурным цветом. Остаток SO4 выделен желтым цветом. Как и у большинства флаводоксинов, остатки вблизи места связывания большие и гидрофобные.

У цианобактерий, таких как Nostoc sp ., флаводоксины гетероцист -специфичны. ^{[ 10 ]} и используется в фотосистеме 1 для доставки электронов к нитрогеназе, а также для восстановления N2 и НАДФ+, фиксации азота и образования H2. ^{[ 6 ]}

Ссылки

^ Санчо Дж. (апрель 2006 г.). «Флаводоксины: последовательность, сворачивание, связывание, функции и не только» . Клеточные и молекулярные науки о жизни . 63 (7–8): 855–864. дои : 10.1007/s00018-005-5514-4 . ПМЦ 11136378 . ПМИД 16465441 . S2CID 6090402 .
^ Перейти обратно: ^а ^б Пьерелла Карлусич Дж. Джей, Лодейро А.Ф., Каррильо Н. (октябрь 2014 г.). «Долгое прощание: взлет и падение флаводоксина в ходе эволюции растений» . Журнал экспериментальной ботаники . 65 (18): 5161–5178. дои : 10.1093/jxb/eru273 . ПМЦ 4400536 . ПМИД 25009172 .
^ Фрейганг Дж., Дидерихс К., Шефер К.П., Вельте В., Пол Р. (февраль 2002 г.). «Кристаллическая структура окисленного флаводоксина, незаменимого белка Helicobacter pylori» . Белковая наука . 11 (2): 253–261. дои : 10.1110/ps.28602 . ПМК 2373437 . ПМИД 11790835 .
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с Пракаш Д., Айер П.Р., Сухарти С., Уолтерс К.А., Сантьяго-Мартинес М.Г., Голбек Дж.Х. и др. (декабрь 2019 г.). «Структура и функция необычного флаводоксина из домена архей » . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 116 (51): 25917–25922. Бибкод : 2019PNAS..11625917P . дои : 10.1073/pnas.1908578116 . ПМК 6926009 . ПМИД 31801875 .
^ Перейти обратно: ^а ^б Хауман Дж. А., ван Мирло К. П. (октябрь 2017 г.). «Сворачивание белков с флаводоксиноподобной архитектурой» . Журнал ФЭБС . 284 (19): 3145–3167. дои : 10.1111/февраль 14077 . ПМИД 28380286 . S2CID 3933842 .
^ Перейти обратно: ^а ^б Лодейро А.Ф., Чекколи Р.Д., Пьерелла Карлусич Дж.Дж., Каррильо Н. (август 2012 г.). «Значение флаводоксина для устойчивости к экологическому стрессу у фотосинтезирующих микроорганизмов и трансгенных растений. Механизм, эволюция и биотехнологический потенциал» . Письма ФЭБС . 586 (18): 2917–2924. дои : 10.1016/j.febslet.2012.07.026 . ПМИД 22819831 . S2CID 19298219 .
^ Кремадес Н., Буэно М., Тоха М., Санчо Дж. (апрель 2005 г.). «На пути к новой терапевтической цели: флаводоксин Helicobacter pylori». Биофизическая химия . 115 (2–3): 267–276. дои : 10.1016/j.bpc.2004.12.045 . ПМИД 15752617 .
^ Салильяс С., Санчо Дж. (март 2020 г.). «Флаводоксины как новые терапевтические мишени против Helicobacter pylori и других желудочных патогенов» . Международный журнал молекулярных наук . 21 (5): 1881. doi : 10.3390/ijms21051881 . ПМК 7084853 . ПМИД 32164177 .
^ Симондсен Р.П., Толлин Дж. (декабрь 1980 г.). «Структурно-функциональные отношения во флаводоксинах». Молекулярная и клеточная биохимия . 33 (1–2): 13–24. дои : 10.1007/BF00224568 . ПМИД 6782445 . S2CID 24764348 .
^ Линдберг П., Линдблад П., Курнак Л. (апрель 2004 г.). «Газообмен у нитчатой цианобактерии Nostoc punctiforme, штамма ATCC 29133 и ее мутантного штамма с дефицитом гидрогеназы NHM5» . Прикладная и экологическая микробиология . 70 (4): 2137–2145. Бибкод : 2004ApEnM..70.2137L . дои : 10.1128/АЕМ.70.4.2137-2145.2004 . ПМЦ 383079 . ПМИД 15066806 .

Внешние ссылки

Флаводоксин в Национальной медицинской библиотеке США по медицинским предметным рубрикам (MeSH)
«Исследование сворачивания и стабильности флаводоксина в Вагенингенском университете, Нидерланды»
«Кроссоверы флаводоксина» на сайте Virginia.edu.
Схема на сайте ohio-state.edu

[1] Санчо Дж. (апрель 2006 г.). «Флаводоксины: последовательность, сворачивание, связывание, функции и не только» . Клеточные и молекулярные науки о жизни . 63 (7–8): 855–864. дои : 10.1007/s00018-005-5514-4 . ПМЦ 11136378 . ПМИД 16465441 . S2CID 6090402 .

[:0-2] Перейти обратно: ^а ^б Пьерелла Карлусич Дж. Джей, Лодейро А.Ф., Каррильо Н. (октябрь 2014 г.). «Долгое прощание: взлет и падение флаводоксина в ходе эволюции растений» . Журнал экспериментальной ботаники . 65 (18): 5161–5178. дои : 10.1093/jxb/eru273 . ПМЦ 4400536 . ПМИД 25009172 .

[3] Фрейганг Дж., Дидерихс К., Шефер К.П., Вельте В., Пол Р. (февраль 2002 г.). «Кристаллическая структура окисленного флаводоксина, незаменимого белка Helicobacter pylori» . Белковая наука . 11 (2): 253–261. дои : 10.1110/ps.28602 . ПМК 2373437 . ПМИД 11790835 .

[:12-4] Перейти обратно: ^а ^б ^с Пракаш Д., Айер П.Р., Сухарти С., Уолтерс К.А., Сантьяго-Мартинес М.Г., Голбек Дж.Х. и др. (декабрь 2019 г.). «Структура и функция необычного флаводоксина из домена архей » . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 116 (51): 25917–25922. Бибкод : 2019PNAS..11625917P . дои : 10.1073/pnas.1908578116 . ПМК 6926009 . ПМИД 31801875 .

[:22-5] Перейти обратно: ^а ^б Хауман Дж. А., ван Мирло К. П. (октябрь 2017 г.). «Сворачивание белков с флаводоксиноподобной архитектурой» . Журнал ФЭБС . 284 (19): 3145–3167. дои : 10.1111/февраль 14077 . ПМИД 28380286 . S2CID 3933842 .

[:3-6] Перейти обратно: ^а ^б Лодейро А.Ф., Чекколи Р.Д., Пьерелла Карлусич Дж.Дж., Каррильо Н. (август 2012 г.). «Значение флаводоксина для устойчивости к экологическому стрессу у фотосинтезирующих микроорганизмов и трансгенных растений. Механизм, эволюция и биотехнологический потенциал» . Письма ФЭБС . 586 (18): 2917–2924. дои : 10.1016/j.febslet.2012.07.026 . ПМИД 22819831 . S2CID 19298219 .

[7] Кремадес Н., Буэно М., Тоха М., Санчо Дж. (апрель 2005 г.). «На пути к новой терапевтической цели: флаводоксин Helicobacter pylori». Биофизическая химия . 115 (2–3): 267–276. дои : 10.1016/j.bpc.2004.12.045 . ПМИД 15752617 .

[8] Салильяс С., Санчо Дж. (март 2020 г.). «Флаводоксины как новые терапевтические мишени против Helicobacter pylori и других желудочных патогенов» . Международный журнал молекулярных наук . 21 (5): 1881. doi : 10.3390/ijms21051881 . ПМК 7084853 . ПМИД 32164177 .

[9] Симондсен Р.П., Толлин Дж. (декабрь 1980 г.). «Структурно-функциональные отношения во флаводоксинах». Молекулярная и клеточная биохимия . 33 (1–2): 13–24. дои : 10.1007/BF00224568 . ПМИД 6782445 . S2CID 24764348 .

[10] Линдберг П., Линдблад П., Курнак Л. (апрель 2004 г.). «Газообмен у нитчатой цианобактерии Nostoc punctiforme, штамма ATCC 29133 и ее мутантного штамма с дефицитом гидрогеназы NHM5» . Прикладная и экологическая микробиология . 70 (4): 2137–2145. Бибкод : 2004ApEnM..70.2137L . дои : 10.1128/АЕМ.70.4.2137-2145.2004 . ПМЦ 383079 . ПМИД 15066806 .

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]