Флавин редуктаза - Flavin reductase

флавинредуктаза
Идентификаторы
Номер ЕС1.5.1.30
Количество CAS56626-29-0
Базы данных
IntEnzПросмотр IntEnz
БРЕНДАBRENDA запись
ExPASyПросмотр NiceZyme
КЕГГЗапись в KEGG
MetaCycметаболический путь
ПРИАМпрофиль
PDB структурыRCSB PDB PDBe PDBsum
Генная онтологияAmiGO / QuickGO

Флавин редуктаза класс ферментов. Существует множество флавинредуктаз (например, FRP, FRE, FRG и т. Д.), Которые связывают свободные флавины и посредством водородных связей катализируют восстановление этих молекул до восстановленного флавина. Рибофлавин, или витамин B, и флавинмононуклеотид - два наиболее известных флавины в организме и используются в различных процессах, включая метаболизм жиров[1] и кетоны[2] и сокращение метгемоглобин в эритроцитах.[3] Флавинредуктазы похожи и часто путают с железными редуктазами из-за их сходного каталитического механизма и структур.[4]

В энзимология, а флавинредуктаза (EC 1.5.1.30 ) является фермент который катализирует в химическая реакция

рибофлавин + НАДФН + Н+ восстановленный рибофлавин + НАДФ + H+

Таким образом, два товары этого фермента восстанавливаются рибофлавин и НАДФ+, а его 3 субстраты находятся рибофлавин, НАДФН, и ЧАС+.

Этот фермент принадлежит к семейству оксидоредуктазы, особенно те, которые действуют на группу доноров CH-NH с НАД+ или НАДФ+ как акцептор. В систематическое название этого класса ферментов восстановленный рибофлавин: НАДФ + оксидоредуктаза. Другие широко используемые имена включают НАДФН: флавин оксидоредуктаза, рибофлавин мононуклеотид (восстановленный никотинамид аденин динуклеотид, фосфат) редуктаза, флавинмононуклеотидредуктаза, флавинмононуклеотидредуктаза, ФМН редуктаза (НАДФН), НАДФН-зависимая FMN редуктаза, НАДФН-флавинредуктаза, НАДФН-ФМН редуктаза, НАДФН-специфическая FMN редуктаза, рибофлавинмононуклеотидредуктаза, рибофлавинмононуклеотидредуктаза, НАДФН2 дегидрогеназа (флавин), и НАДФН2: рибофлавин оксидоредуктаза.

Состав реактивов и продуктов

  • Это структура флавинмононуклеотида.

  • Это структура восстановленного мононуклеотида флавина.

  • Это структура НАДФ +

Флавинредуктаза - это димер состоит из двух подразделений. Каждая субъединица похожа. Флавинредуктаза Р, FRP, была изучена Таннером, Лей, Ту и Краузе, и было обнаружено, что она имеет структуру, состоящую из двух субъединиц, каждая из которых содержит сэндвич-домен и экскурсионный домен. Экскурсионные домены каждой субъединицы достигают соединения с сэндвич-доменом другой субъединицы. Это создает большой гидрофобный ядро в флавинредуктазе[5] В фермент имеет два участок связывания, один для НАДФН и один для флавинмононуклеотид субстрат. Изоаллоксазиновое кольцо флавинмононуклеотида находится там, где снижение происходит. Таким образом, именно здесь флавин создает различные водородные связи подключиться к аминокислота боковые цепи флавинредуктазы.[6] Боковые цепи 167–169 в FRP блокируют изоаллоксазиновый цикл в FAD от связывания фермента, превращая FRP в FMN-специфичную флавинредуктазу.[5] Размещение метильных групп в изоаллоксазиновом кольце также может влиять на связывание и специфичность фермента в отношении субстрата.[7] Происходит истощение С-концевого удлинения, которое позволяет связывать НАДФН, и исследования показывают, что если его удалить, он истощается, каталитическая активность увеличивается.[8]

Механизм

  • Это показывает водородную связь флавинредуктазы с флавинмононуклеотидом.

  • Механизм «пинг-понг» показан со связыванием НАДФН первым и выходом в виде НАДФ + до того, как FMN свяжется с помощью флавинредуктазы.

В механизм Процесс флавинредуктазы описан выше и, скорее всего, следует кинетическому паттерну пинг-понга.[5] Это означает, что это механизм бисубстрат-двухпродукт. Сначала связывается фермент флавинредуктаза НАДФН и стабилизирует высвобождение гидрид. Потому что стерики, фермент не может связывать и НАДФН, и флавин.[5] По этой причине, НАДФ + высвобождается, а затем флавиновый субстрат связывается с ферментом. На этом этапе гидрид атакует Азот на флавине, что позволяет протонирование. Затем восстановленный флавин высвобождается из флавинредуктазы в качестве второго продукта. Таким образом, уменьшение количества флавина зависит от связывания флавинредуктазы, прежде всего, с НАДФН, или в некоторых случаях НАДН.[6]

Биологическая функция

Флавинредуктазы существуют во множестве организмы, включая животных и бактерии. В светящийся организмов, флавинредуктаза важна для люцифераза процесс.[6] В эксперименте с П. фишери и Б. харвей клетки биолюминесценция был увеличен, поскольку in vivo повышена концентрация флавинредуктазы. Это предполагает связь между комплексом флавинредуктаза-люцифераза или восстановленным флавином и процессом люминесценции в бактерии.[9] Бактерии окисляют восстановленный мононуклеотид флавина до окисленного FMN и переносят его путем свободного слияния с образованием света.[10]

У людей часто встречается флавинредуктаза. катализирует ан НАДФН зависимое восстановление флавинмононуклеотида, которое происходит в метгемоглобин в эритроциты и печень.[11]

Также было высказано предположение, что флавинредуктазы играют роль в производстве пероксид водорода. Это было бы биологически полезно, поскольку H2O2 помогает организму поддерживать гомеостатическую микробиоту. Исследование показало, что у женщин с лактобациллами, вырабатывающими перекись водорода, вероятность развития бактериального вагиноза перед родами была ниже.[12] Это также было замечено в Влагалищная трихомонада что снижение уровня флавинредуктазы увеличивало цикл метронидазол потому что флавинредуктаза обладает антиоксидантным действием, которое снижает уровень кислорода, поддерживая популяцию метронидазола.[13]

Будущее фермента

В настоящее время видно, что бактериальная флавинредуктаза может использоваться для сенсибилизации карциномы, или же опухоли к про наркотики. Сначала использовали флавинредуктазы для нацеливания на гипоксия опухолей. Однако текущие исследования показывают интерес к этим молекулам редуктазы, в частности к MSuE из Синегнойная палочка который, как было показано, увеличивает эффективность пролекарств при раковых опухолях.[14] Было показано, что двойная флавинредуктаза участвует в активации противоопухолевых препаратов.[15] Есть также молекулы, которые при окислении могут быть канцерогенный. В этом случае полезно иметь флавинредуктазу для восстановления этих молекул, таких как канцерогенный хромат.[16]

Рекомендации

  1. ^ Ceccoli RD, Bianchi DA, Rial DV (6 февраля 2014 г.). «Флавопротеинмонооксегеназы для окислительного биокатализа». Передний микробиол. 5: 25. Дои:10.3389 / fmicb.2014.00025. ЧВК  3915288. PMID  24567729.
  2. ^ Kadow M, Balke K, Willetts A, Bornscheuer UT, Bäckvall JE (5 ноября 2013 г.). «Функциональная сборка камфоры, превращающей двухкомпонентные монооксигеназы Байера-Виллигера с флавинредуктазой из Кишечная палочка". Appl. Microbiol. Биотехнология. 98 (9): 3975–86. Дои:10.1007 / s00253-013-5338-3. PMID  24190498.
  3. ^ Юбисуи Т., Такешита М., Йонеяма Ю. (июнь 1980 г.). «Восстановление метгемоглобина через флавин в физиологической концентрации с помощью НАДФН-флавинредуктазы эритроцитов человека». J. Biochem. 87 (6): 1715–20. Дои:10.1093 / oxfordjournals.jbchem.a132915. PMID  7400118.
  4. ^ Марк Фонтекаве; Жак Коувс; Жан-Луи Пьер (27 апреля 1993 г.). «Редуктазы железа или флавинредуктазы». Биометаллы. 7 (1): 3–8. Дои:10.1007 / bf00205187. PMID  8118169.
  5. ^ а б c d Таннер, JJ; Б. Лей; СК Ту; К.Л. Краузе (22 октября 1996 г.). «Флавинредуктаза P: структура димерного фермента, который снижает количество флавинов». Биохимия. 35 (42): 13531–9. Дои:10.1021 / bi961400v. PMID  8885832.
  6. ^ а б c Такахито Имагава; Тошихару Цурумура; Ясасуси Сугимото; Кенджи Аки; Кадзуми Ишидо; Сэйки Курамицу; Хидеаки Цуге (3 ноября 2011 г.). «Структурная основа образования свободного восстановленного флавина с помощью флавинредуктазы из Thermus Thermophilus». J. Biol. Chem. 286 (51): 44078–85. Дои:10.1074 / jbc.M111.257824. ЧВК  3243531. PMID  22052907.
  7. ^ Fieschi F, Niviere V, Frier C, Decout JL, Fontecave M (22 декабря 1995 г.). «Механизм и специфичность субстрата НАДФН: флавиноксидоредуктазы из Escherichia Coli». J. Biol. Chem. 270 (51): 30392–400. Дои:10.1074 / jbc.270.51.30392. PMID  8530465.
  8. ^ Со Д., Асано Т., Комори Х., Сакураи Т. (30 января 2014 г.). «Роль С-концевого удлинения, расположенного на обратной стороне изоаллоксазинового кольцевого фрагмента флавина». Plant Physiol. Биохим. 81: 143–8. Дои:10.1016 / j.plaphy.2014.01.011. HDL:2297/36899. PMID  24529496.
  9. ^ Уоррен Дуэйн; Дж. У. Гастингс (10 июня 1974 г.). «Флавинномонуклеотидредуктаза светящихся бактерий». Мол. Клетка. Биохим. 6 (1): 53–64. Дои:10.1007 / BF01731866. PMID  47604.
  10. ^ Тиникул Р., Писавонг В., Сухаритакул Дж., Ниджвипакул С., Баллоу Д.П., Чайен П. (1 октября 2013 г.). «Перенос восстановленного мононуклеотида флавина от оксидоредуктазы LuxG к люциферазе посредством свободной диффузии». Биохимия. 52 (39): 6834–43. Дои:10.1021 / bi4006545. PMID  24004065.
  11. ^ Shalloe F, Elliott G, Ennis O, Mantle TJ (1 июня 1996 г.). «Доказательства идентичности биливердин-IX бета-редуктазы и флавинредуктазы». Biochem. J. 316 (2): 385–7. Дои:10.1042 / bj3160385. ЧВК  1217361. PMID  8687377.
  12. ^ Hertzberger R; Аренс Йос; Dekker H; Придмор Р; Gysler C; Клееребезем М; Тейшейра де Маттос М. (31 января 2014 г.). «Продукция H2O2 у видов группы lactobacillus acidophilus, центральная роль для новой НАДФН-зависимой флавинредуктазы». Appl. Environ. Микробиол. 80 (7): 2229–39. Дои:10.1128 / AEM.04272-13. ЧВК  3993133. PMID  24487531.
  13. ^ Leitsch, Дэвид; Janssen, Brian D .; Коларич, Даниил; Джонсон, Патриция Дж .; Дюшен, Майкл (2014). «Трихомонады вагиналисфлавинредуктазы 1 и ее роль в резистентности к метронидазолу». Молекулярная микробиология. 91 (1): 198–208. Дои:10.1111 / мм. 12455. ISSN  0950-382X. ЧВК  4437529. PMID  24256032.
  14. ^ Грин Л.К., Стори М.А., Уильямс Е.М., Паттерсон А.В., Смэйл Дж. Б., Копп Дж. Н., Акерли Д. Ф. (8 августа 2013 г.). «Флавинредуктаза MsuE - это новая нитроредуктаза, которая может эффективно активировать два многообещающих пролекарства следующего поколения для генно-направленной ферментной пролекарственной терапии». Раки (Базель). 5 (3): 985–97. Дои:10.3390 / раки5030985. ЧВК  3795375. PMID  24202330.
  15. ^ Пейн М.Дж., Гарнер А.П., Пауэлл Д., Сиббальд Дж., Сейлз М., Пратт Н., Смит Т., Тью Д.Г., Вольф С.Р. (14 января 2000 г.). «Клонирование и характеристика новой двойной флавинредуктазы человека». J. Biol. Chem. 275 (2): 1471–8. Дои:10.1074 / jbc.275.2.1471. PMID  10625700.
  16. ^ Пузон Г.Дж., Петерсен Дж. Н., Робертс А.Г., Крамер Д.М., Сюнь Л. (31 мая 2002 г.). «Система бактериальной флавинредуктазы восстанавливает хромат до растворимого комплекса хром (III) -НАД (+)». Biochem. Биофиз. Res. Сообщество. 294 (1): 76–81. Дои:10.1016 / S0006-291X (02) 00438-2. PMID  12054743.