| ferredoxin-NADP+ reductază | |
|---|---|
| Identificatori | |
| Cod KF | 1.18.1.2 |
| numar CAS | 9029-33-8 |
| Baze de date de enzime | |
| IntEnz | Vedere IntEnz |
| BRENDA | intrare BRENDA |
| ExPASy | Vedere NiceZyme |
| MetaCyc | cale metabolică |
| KEGG | intrare KEGG |
| PRIAM | profil |
| Structuri PDB | RCSB PDB PDBe PDBj PDBsum |
| Ontologie genetică | AmiGO • EGO |
| Căutare | |
| PMC | articole |
| PubMed | articole |
| NCBI | proteine NCBI |
| CAS | 9029-33-8 |
| Fișiere media la Wikimedia Commons | |
Ferredoxin - NADP + - reductază , abreviat ca FNR , o enzimă din clasa oxidoreductazelor care catalizează reacția de reducere a NADP + folosind ferredoxina ca donor de electroni.
Cele trei substraturi necesare pentru această enzimă sunt ferredoxina redusă , NADP + și H + . Produse care se formează în timpul reacției: ferredoxina oxidată și NADPH . Enzima are un cofactor de flavină - FAD .
Enzima aparține familiei de oxidoreductaze , care utilizează proteine fier-sulf ca donatori de electroni și NAD + sau NADP + ca acceptori de electroni.
Participă la procesul de fotosinteză .
Denumirea sistematică pentru această clasă de enzime este ferredoxină:NADP + oxidoreductază. Alte denumiri frecvent utilizate:
În timpul funcționării lanțului de transport de electroni al fotosintezei , electronii sunt transferați de la o moleculă de apă la un purtător proteic cu un electron - ferredoxina. Ferredoxin:NADP + -reductaza asigură apoi transferul de electroni de la fiecare dintre cele două molecule de ferredoxină la o moleculă a unui purtător cu doi electroni cu greutate moleculară mică - NADP + . [1] FNR folosește FAD , care poate exista în trei stări diferite: complet oxidat, semichinonă cu un electron acceptat și complet redus (după acceptarea a doi electroni). [2]
Mecanismul catalizei FNR poate fi bine descris din punct de vedere al modelului de cataliză indusă. [2] Legarea ferredoxinei de către enzimă duce la formarea unei legături de hidrogen între restul glutamat (E312) și restul serină (C96) din situsul activ . [3] Reziduul de glutamat este foarte conservat deoarece stabilizează forma semichinonă a FAD și este un donor/acceptor de protoni în reacție. [4] Etapa de limitare a vitezei a întregii reacții este plecarea primei molecule de ferredoxină oxidată din centrul activ după reducerea cu un electron a FAD. [2] Această etapă este inhibată de concentrații mari de ferredoxină oxidată și activată de prezența NADP + în mediu . [2] Legarea la NADP + reduce afinitatea enzimei pentru ferredoxină. [5]
De asemenea, enzima accelerează reacția inversă pentru a forma ferredoxină redusă, care poate fi utilizată în diferite căi de biosinteză. Unele bacterii și alge au o formă a enzimei care utilizează flavodoxina în loc de ferredoxină ca purtător de un electron.
Ferredoxin-NADP(+)-reductaza vegetală are două domenii structurale. Primul domeniu este reprezentat de un cilindru p antiparalel la capătul N-terminal al proteinei cu un situs de legare a FAD . [6] Al doilea domeniu de la capătul C-terminal al proteinei include mai multe structuri α - helix și β care leagă NADP + . [6] [7] Locul activ al enzimei este situat la joncțiunea dintre două domenii. [opt]
Legarea enzimei de membrana tilacoidă este asigurată de o spirală de poliprolină de tip II formată între doi monomeri FNR. Din partea membranei, mai multe proteine integrale bogate în prolină sunt implicate în legarea FNR . [9]
La sfârșitul anului 2007, 54 de structuri enzimatice au fost definite pentru această clasă, cu coduri de acces PDB .
Ferredoxin-NADP(+)-reductaza este ultima enzimă din lanțul de transfer de electroni în timpul fotosintezei de la fotosistemul I la NADPH. NADPH este utilizat ca echivalent reducător în reacțiile ciclului Calvin . Transferul de electroni de la ferredoxină la NADPH are loc numai în lumină, în parte deoarece activitatea FNR este inhibată în întuneric. [10] În organismele non-fotosintetice, FNR funcționează în primul rând invers pentru a furniza ferredoxină redusă către diferite căi metabolice . Aceste căi includ fixarea azotului, biosinteza terpenoidelor , metabolismul steroizilor, răspunsul la stresul oxidativ și biogeneza proteinei fier-sulf.
FNR este o proteină solubilă în apă care se găsește liberă în stroma cloroplastei și încorporată în membrana tilacoidă. Această legare are loc pe partea opusă a situsului activ al enzimei și cel mai probabil nu afectează structura locului activ și nu afectează semnificativ activitatea enzimatică. Când este legat de membrana tilacoidă, există ca un dimer, dar când enzima se află în stromă, există ca monomer. Rata de legare a FNR la proteinele membranare integrale de pe membrana tilacoidă este crescută într-un mediu acid, astfel încât legarea FNR de membrana tilacoidă poate fi o modalitate de a stoca și stabiliza enzima în întuneric atunci când fotosinteza nu are loc. [11] pH-ul stromei cloroplastelor variază de la ușor acid în întuneric până la mai alcalin la lumină. Astfel, pe întuneric, mai mult FNR se va lega de membrana tilacoidă, iar la lumină, mai mult FNR se va disocia și va fi liber în stromă.
Ferredoxin-NADP(+)-reductazele sunt prezente în multe organisme, inclusiv plante , bacterii , mitocondrii eucariote . Cu toate acestea, aceste proteine aparțin a două familii neînrudite și sunt un exemplu de evoluție convergentă . FNR-urile de tip plantă includ FNR-urile de tip plantă plastidă și FNR-urile bacteriene. FNR-urile de tip glutation reductază se găsesc în mitocondriile eucariotelor.
În familia FNR a plantelor, presiunea evolutivă selectivă a dus la diferențe de eficiență catalitică între organismele fotosintetice și cele nefotosintetice. Transferul de electroni prin FNR este o etapă limitativă în procesul de fotosinteză; prin urmare, plastidele FNR din plante au evoluat în unele foarte eficiente. Aceste plastide FNR sunt de 20-100 de ori mai active decât FNR-urile bacteriene. [12] Această eficiență catalitică ridicată a transferului de electroni de la FAD la NADP se datorează modificărilor structurale ale locului activ care reduc distanța dintre N5 în FAD și C4 în NADP(+). [13]
FNR-urile plastidelor vegetale au evoluat, de asemenea, pentru a dobândi un grad mai mare de specificitate de substrat pentru NADP(+) decât pentru NAD(+); analiza mutațiilor aminoacizilor a arătat că reziduul terminal de tirozină din plastid FNR joacă un rol cheie în specificitatea acestui substrat. În schimb, unele FNR-uri non-fotosintetice nu leagă în mod preferențial NADP(+) și nu au acest reziduu de tirozină.
Enzima este considerată ca fiind posibile ținte pentru terapia unor boli protozoare umane comune cauzate de paraziți intracelulari obligați de tip Apicomplexa .
Apicomplexurile se caracterizează prin prezenţa unor organele speciale - apicoplaste . Apicoplastele au apărut ca urmare a simbiogenezei strămoșului parazitului cu algele. Prin urmare, apicoplastul conține FNR de tip vegetal, care este utilizat pentru a reduce ferredoxina, care este un important donator de electroni în multe căi metabolice. [14] În același timp, oamenilor le lipsesc proteinele apropiate de FNR din plante, ceea ce îi face ținte promițătoare pentru terapia medicamentoasă.
Până în prezent, genele FNR au fost secvențiate de la cei doi reprezentanți principali ai apicomplexurilor care afectează oamenii: Plasmodium falciparum (agentul cauzator al malariei ) și Toxoplasma gondii (agentul cauzator al toxoplasmozei) . [15] Se lucrează pentru a găsi medicamente care suprimă FNR-ul acestor paraziți.