Adenylylsulfatreduktas

adenylylsulfatreduktas
adenylylsulfatreduktas heterotetramer, Archaeoglobus fulgidus
Identifierare
EG nr.	1.8.99.2
CAS-nr.	9027-75-2
Databaser
IntEnz	IntEnz-vy
BRENDA	BRENDA inträde
ExPASy	NiceZyme-vy
KEGG	KEGG inträde
MetaCyc	Metabolisk väg
PRIAM	profil
PDB- strukturer	RCSB PDB PDBe PDB summa
Genontologi	AmiGO / QuickGO
Sök PMC artiklar PubMed artiklar NCBI proteiner

Adenylylsulfatreduktas ( EC 1.8.99.2 ) är ett enzym som katalyserar den kemiska reaktionen av reduktionen av adenylylsulfat/adenosin-5'-fosfosulfat (APS) till sulfit genom användning av en elektrondonatorkofaktor. Produkterna från reaktionen är AMP och sulfit, samt en oxiderad elektrondonatorkofaktor.

Nomenklatur

Detta enzym tillhör familjen oxidoreduktaser , speciellt de som verkar på en svavelgrupp av donatorer med andra acceptorer. Det systematiska namnet på denna enzymklass är AMP, sulfit:acceptoroxidoreduktas (adenosin-5'-fosfosulfatbildande). Andra namn i vanlig användning inkluderar adenosinfosfosulfatreduktas, adenosin-5'-fosfosulfatreduktas, APS-reduktas, APS-reduktas, AMP, sulfit:(acceptor)oxidoreduktas och (adenosin-5'-fosfosulfatbildande). Detta enzym deltar i selenmetabolism och svavelmetabolism .

Mekanism

APS-reduktas katalyserar den reversibla omvandlingen av APS till sulfit och AMP, vilket är det hastighetsbestämmande steget för den totala reaktionen. Reaktionen katalyserad av APS-reduktas är som följer:

$\displaystyle APS+2e^{-}\longleftrightarrow AMP+HSO_{3}^{-}(E ^{\circ }=-60mV)}$

Sulfat måste aktiveras till APS av ATP-sulfurylas på bekostnad av en ATP, därför kräver denna reaktion en tillförsel av energi. Reaktionen ovan sker i en strikt anaerob miljö. De två elektronerna kommer från en reducerad kofaktor, i detta fall reducerad FAD. Riktningen framåt kräver en AMP-molekyl; forskning tyder dock på att den omvända reaktionen kräver två AMP-molekyler (en som verkar på substratet och en som hämmar framåtreaktionen). Den reversibla reaktionen inträffar när AMP binder till Arg317-resten, vilket ändrar bekräftelsen av Arg317 och APS-reduktas som helhet, vilket ger den termodynamiska drivkraften att gå i motsatt riktning.

APS-reduktaser är involverade i både assimilatorisk och dissimilatorisk sulfatreduktion. Dissimilerande sulfatreduktion tar sulfat och omvandlar det till sulfid, en svavelkälla som kan distribueras i hela kroppen. Assimilatorisk sulfatreduktion tar sulfat och förvandlar det till cystein. Dissimilatoriska och assimilatoriska vägar använder båda APS-reduktaser som ett metaboliskt verktyg för att producera en svavelkälla respektive aminosyror.

Strukturera

I slutet av 2014 har 6 strukturer lösts för denna klass av enzymer, med PDB- accessionskoderna 1JNR , 1JNZ , 2FJA , 2FJB , 2FJD och 2FJE .

Reduktionen av aktiverat svavel i form av adenosin-5'-fosfosulfat till sulfit, katalyserad av adenosin-5'-fosfosulfatreduktas med tioredoxin som reduktionsmedel.

Enzymets monomer består av en blandning av α-helixar och β-sheets (både parallella och antiparallella). Proteinkofaktorn tioredoxin kan tillhandahålla de erforderliga reducerande ekvivalenterna för reaktionen i form av två cysteinrester, som slutligen oxideras till en disulfidbindning. Den basaktiva formen av APS-reduktas verkar vara en heterodimer, som ses i växter. I både bakterier och växter tenderar två heterodimerer att bildas tillsammans och producera en heterotetramer.

Den aktiva platsklyftan i bakteriellt APS-reduktas har några nyckelelement. Restsekvenser som verkar vara nödvändiga för katalys är P-loopen (resterna 60-66), Arg-loopen (resterna 162-173) och LDTG-motivet (resterna 85-88). P-loopen, eller fosfatbindande loop, är en särskilt viktig konsekutiv sekvens av resider som hjälper till att känna igen fosfatgruppen i APS och, som ett resultat, påverkar substratspecificiteten för APS-reduktas. Den C-terminala Cys256 är också katalytiskt essentiell och verkar ha en roll i att ändra konformationen av enzymet under katalys.

Ett anmärkningsvärt kemiskt motiv som skiljer APS-reduktas från det besläktade 3'-fosfoadenosin-5'-fosfosulfat (PAPS) reduktaset är närvaron av ett konserverat cysteinmotiv, CC-X ~80 _-CXXC , som förekommer utöver den universellt konserverade katalytiska produkten cysteinrest. Detta motiv är korrelerat med närvaron av ett [4Fe-4S]-kluster; därför är dessa järn-svavelkluster inte närvarande i PAPS-reduktas. När järn-svavelklustret är närvarande krävs det för katalytisk aktivitet och koordineras till de fyra cysteinresterna i det konserverade motivet på andra sidan av den aktiva platsklyftan.

Fungera

Svavel är en viktig komponent i det biologiska livet och ett nyckelelement i aminosyrorna cystein och metionin. APS-reduktas styr det hastighetsbegränsande steget för endogen svavelassimilering, vilket är processen för att producera vätesulfid från sulfit. Vätesulfit är en av de viktigaste svavelkällorna i växter. APS-reduktas styr flödet av oorganiskt svavel till cystein, som är involverat i många biologiska processer i växter såsom tillväxt, utveckling och svar på biotiska och abiotiska påfrestningar. Faktum är att studier har visat att när celler svälter svavel, fluktuerar genuttrycket för APS-reduktas, vilket indikerar att när växterna utsätts för metabolisk och regulatorisk stress, är APS-reduktas sannolikt ett avgörande enzym för att producera svavelväte och återställa homeostas.

Bakterier använder APS-reduktaser för att engagera sig i assimilerande och dissimilerande sulfatreduktion, vilket gör dem till de främsta kandidaterna för att dyka upp i avloppsvattenreningsmiljöer. Biofoulants kan innehålla ett antal sulfatreducerande bakterier, och studier har visat att om avloppsvattenanläggningar lämnas orenade kommer sulfathalterna att minska. Dessa studier har ytterligare solidifierat APS-reduktasens avgörande roll i den globala svavelcykeln genom att ge organismer ett annat unikt sätt att få svavel när det inte är tillgängligt.

Klinisk signifikans

APS-reduktas existerar inte i proteomet hos mänskliga celler; Följaktligen har dessa enzymer blivit föremål för forskning av olika miljömässiga och medicinska skäl. Konkurrenskraftiga hämmare för APS-reduktaset i Mycobacterium tuberculosis har studerats som en ny möjlig väg för TB-behandling, särskilt mot läkemedelsresistent och latent TB. Sådana inhibitorer har också studerats i samband med att erhålla olja och gas från reservoarer för att bättre kontrollera försurningen av sådana produkter.

Vissa APS-reduktaser har också undersökts för sin roll i selenmetabolism och reduktion på grund av den kemiska likheten mellan svavel och selen. APR2, det dominerande APS-reduktasisozymet i modellväxten Arabidopsis thaliana , har varit inblandat i involveringen av selenattolerans och selenitmetabolism. Sådan forskning kan sedan hjälpa till i målet att förbättra selenfytoremedieringen i växter och, som ett resultat, bioberikande kost.

Vidare läsning

•   Michaels GB, Davidson JT, Peck HD (maj 1970). "En flavin-sulfitaddukt som en mellanprodukt i reaktionen katalyserad av adenylylsulfatreduktas från Desulfovibrio vulgaris". Biokemisk och biofysisk forskningskommunikation . 39 (3): 321–8. doi : 10.1016/0006-291X(70)90579-6 . PMID 5421934 .