Цитохром с пероксидаза - Cytochrome c peroxidase

Цитохром с пероксидаза
Пероксидаза цитохрома с железа.png
Идентификаторы
Номер ЕС1.11.1.5
Количество CAS9029-53-2
Базы данных
IntEnzПросмотр IntEnz
БРЕНДАBRENDA запись
ExPASyПросмотр NiceZyme
КЕГГЗапись в KEGG
MetaCycметаболический путь
ПРИАМпрофиль
PDB структурыRCSB PDB PDBe PDBsum
Генная онтологияAmiGO / QuickGO
Цитохром с пероксидаза
Идентификаторы
ОрганизмSaccharomyces cerevisiae
СимволКПК
UniProtP00431

Цитохром c пероксидаза, или же КПК, является водорастворимым гем -содержащий фермент из пероксидаза семья, которая принимает восстановительные эквиваленты от цитохром c и уменьшает пероксид водорода к воде:

CCP + H2О2 + 2 ферроцитохрома c + 2H+ → CCP + 2H2O + 2 феррицитохром c

CCP может быть получен из штаммов дрожжей, выращенных в аэробных условиях, и может быть выделен как в нативной, так и в рекомбинантной формах с высоким выходом из Saccharomyces cerevisiae. Основная функция фермента - устранять молекулы токсичных радикалов, производимых клеткой, которые вредны для биологических систем. Он поддерживает низкие уровни концентрации перекиси водорода, которая вырабатывается организмом естественным путем за счет неполного восстановления кислорода. Когда уровень глюкозы в быстрорастущих штаммах дрожжей истощается, клетки переходят к дыханию, которое повышает концентрацию митохондриального H2О2.[1] В дополнение к своей пероксидазной активности, он действует как сенсор и сигнальная молекула для экзогенного H2О2, который активирует митохондриальную каталаза Мероприятия.[2] У эукариот ЦЦП содержат моно-б-типа гемового кофактора и нацелен на межмембранное пространство митохондрий. У прокариот CCP содержит c-типа кофактора дигема и локализуется в периплазме клетки. Оба фермента работают, чтобы противостоять клеточному стрессу, вызванному перекисью водорода.[3]

CCP играет важную роль в обеспечении межбелкового биологического перенос электронов. Процесс переноса отрицательного заряда осуществляется комплексом, образованным между цитохромом с и цитохромом с пероксидазой, который возникает в межмембранном пространстве митохондрий. Механизм включает цитохром железа. c (Cc) предоставление электронов системе Cc-CcP для восстановления пероксида водорода до воды.[4] Комплекс образован через дисульфидные связи сшивание остатков цистеина.[5]

Цитохром c пероксидаза может реагировать с гидропероксиды кроме перекиси водорода, но скорость реакции намного ниже, чем с перекисью водорода.

Впервые был изолирован от пекарские дрожжи Р. А. Альтшула, Абрамса и Хогнесса в 1940 г.,[6] хоть и не до чистоты. Первый очищенный препарат дрожжевого КПК принадлежит Такаши Йонетани и его препарату путем ионного обмена. хроматография в начале 1960-х гг. В Рентгеновская структура это работа Томаса Поулоса и его сотрудников в конце 1970-х годов.[7] CCP - первый гемовый фермент, структура которого успешно решена с помощью рентгеновской кристаллографии.

Дрожжевой фермент представляет собой мономер с молекулярной массой 34000, содержащий 293 аминокислоты, а также один нековалентно связанный гем б. Он имеет отрицательный заряд и представляет собой фермент среднего размера (34,2 кДа). Апофермент, не активный и связанный с субстратами, имеет кислотную изолэлектрическую точку pH 5,0-5,2.[8] Необычный для белков, этот фермент кристаллизуется при диализированный против дистиллированной воды. Более того, фермент очищается в результате кристаллизации, что делает циклы кристаллизации эффективной конечной стадией очистки.

Так же, как каталаза, реакция цитохрома c пероксидаза проходит через трехступенчатый процесс, образуя сначала Соединение I, а затем промежуточное соединение Соединения II:

CCP + ROOH → Соединение I + ROH + H2О
CCP-соединение I + e− + H+ → Соединение II
Соединение II + е− + H+ → КПК
Цикл окислительно-восстановительного потенциала, катализируемый ПГУ

КПК в состоянии покоя имеет железо гем, и после добавления двух окисляющих эквивалентов из гидропероксида (обычно пероксида водорода) он окисляется до формальной степени окисления +5 (FeV, обычно называемый феррильным гемом. Однако как измерения низкотемпературной магнитной восприимчивости, так и Мессбауэровская спектроскопия показывают, что железо в Соединении I CCP представляет собой феррильное железо +4, причем второй окислительный эквивалент существует как долгоживущий свободный радикал на боковая цепь из триптофан остаток (Trp-191).[9] В состоянии покоя атом Fe (Fe (III)) в геме CCP является парамагнитным с высокое вращение (S = 5/2). После запуска каталитического цикла атом железа окисляется с образованием промежуточного оксиферила (Fe (IV) = O) с низким спином (S = 1/2).[4] Это отличается от большинства пероксидаз, которые имеют второй окислительный эквивалент на порфирин вместо. Соединение I CCP является довольно долгоживущим, распадаясь до CCP-соединения II с периодом полураспада при комнатной температуре от 40 минут до пары часов.

Структура комплекса цитохром с пероксидаза-цитохром с

CCP имеет высокую идентичность последовательности с близкородственными аскорбатпероксидаза фермент.

Аминокислотный состав

Исследования с помощью аминокислотного анализатора показывают присутствие остатков Asp, Thr, Ser, Glu, Pro, Gly, Ala, Val, Met, Ile, Leu, Tyr, Phe, Lys, His, Arg, Cys и Trp в кристаллических ХПК. Фермент показывает необычный аминокислотный образец по сравнению с другой пероксидазой. Растительная пероксидаза, такая как пероксидаза хрена и пероксидаза B ананаса имеют низкое содержание лизина, триптофана и тирозина и высокое содержание цистеина. Напротив, CCP имеет высокое содержание лизина, триптофана и тирозина и низкое содержание цистеина.[10] Фермент содержит последовательность из 68 остатков на N-конце своего мономерного белка, которая направляет его в межмембранное пространство митохондрии где можно комплекс с цитохромом c и где он выполняет свои сенсорные, сигнальные и каталитические функции.[1] Исследования показывают, что дистальный аргинин (Arg48), высококонсервативная аминокислота среди пероксидазы, играет важную роль в каталитической активности CCP, контролируя его активный сайт посредством стабилизации реактивного оксиферильного интермедиата от контроля его доступа.[11]

Рекомендации

  1. ^ а б Катиресан М., Мартинс Д., Английский AM (декабрь 2014 г.). «Дыхание запускает перенос гема от пероксидазы цитохрома с к каталазе в митохондриях дрожжей». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки. 111 (49): 17468–73. Дои:10.1073 / pnas.1409692111. ЧВК  4267377. PMID  25422453.
  2. ^ Мартинс Д., Катиресан М., английский AM (декабрь 2013 г.). «Пероксидаза цитохрома с - это митохондриальный датчик H2O2 на основе гема, который модулирует антиоксидантную защиту». Свободная радикальная биология и медицина. 65: 541–51. Дои:10.1016 / j.freeradbiomed.2013.06.037. PMID  23831190.
  3. ^ Атак JM, Келли DJ (2007). «Структура, механизм и физиологические роли бактериальных пероксидаз цитохрома с». Успехи микробной физиологии. 52: 73–106. Дои:10.1016 / S0065-2911 (06) 52002-8. ISBN  9780120277520. PMID  17027371.
  4. ^ а б Волков А.Н., Николлс П., Уорролл Дж. А. (ноябрь 2011 г.). "Комплекс цитохрома с и цитохром с пероксидазы: конец пути?". Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Биоэнергетика. 1807 (11): 1482–503. Дои:10.1016 / j.bbabio.2011.07.010. PMID  21820401.
  5. ^ Гуо М., Бхаскар Б., Ли Х., Барроуз Т.П., Поулос Т.Л. (апрель 2004 г.). «Кристаллическая структура и характеристика сайт-специфической перекрестной связи цитохром с пероксидаза-цитохром с». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки. 101 (16): 5940–5. Дои:10.1073 / pnas.0306708101. ЧВК  395902. PMID  15071191.
  6. ^ Альтчул AM, Абрамс Р., Хогнесс Т.Р. (1941). «Цитохром с пероксидаза» (PDF). J. Biol. Chem. 136: 777.
  7. ^ Поулос Т.Л., Фрир С.Т., Олден Р.А., Эдвардс С.Л., Скогланд Ю., Такио К., Эрикссон Б., Сюонг Н., Йонетани Т., Краут Дж. (Январь 1980 г.). «Кристаллическая структура пероксидазы цитохрома с» (PDF). Журнал биологической химии. 255 (2): 575–80. PMID  6243281.
  8. ^ Йонетани Т. (1970). «Цитохромек Пероксидаза". Цитохром с пероксидаза. Достижения в энзимологии и смежных областях молекулярной биологии. 33. С. 309–35. Дои:10.1002 / 9780470122785.ch6. ISBN  9780470122785. PMID  4318313.
  9. ^ Сивараджа М., Гудин Д.Б., Смит М., Хоффман Б.М. (август 1989 г.). «Идентификация с помощью ENDOR Trp191 как сайта свободных радикалов в соединении ES цитохрома с пероксидазы». Наука. 245 (4919): 738–40. Дои:10.1126 / science.2549632. PMID  2549632.
  10. ^ Элфолк Н. (1967). «Цитохром с пероксидаза. 3. Аминокислотный состав цитохром с пероксидазы пекарских дрожжей». Acta Chemica Scandinavica. 21 (10): 2736–42. Дои:10.3891 / acta.chem.scand.21-2736. PMID  5585683.
  11. ^ Иффланд А., Тафельмейер П., Саудан С., Джонссон К. (сентябрь 2000 г.). «Направленная молекулярная эволюция пероксидазы цитохрома с». Биохимия. 39 (35): 10790–8. Дои:10.1021 / bi001121e. PMID  10978164.

внешняя ссылка