ДМСО редуктаза - DMSO reductase
| Диметилсульфоксид редуктаза | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Идентификаторы | |||||||||
| Номер ЕС | 1.8.5.3 | ||||||||
| Базы данных | |||||||||
| IntEnz | Просмотр IntEnz | ||||||||
| БРЕНДА | BRENDA запись | ||||||||
| ExPASy | Просмотр NiceZyme | ||||||||
| КЕГГ | Запись в KEGG | ||||||||
| MetaCyc | метаболический путь | ||||||||
| ПРИАМ | профиль | ||||||||
| Структуры PDB | RCSB PDB PDBe PDBsum | ||||||||
| |||||||||
ДМСО-редуктаза - это молибден- содержащий фермент, который катализирует восстановление диметилсульфоксида (ДМСО) до диметилсульфида (ДМС). Этот фермент служит терминальной редуктазой в анаэробных условиях у некоторых бактерий, причем конечным акцептором электронов является ДМСО. В ходе реакции атом кислорода в ДМСО переводится в молибден, а затем восстанавливается до воды.
ДМСО-редуктаза (ДМСО) и другие члены семейства ДМСО-редуктаз уникальны для бактерий и архей . Ферменты этого семейства в анаэробном окислительном фосфорилировании и литотрофном дыхании на основе неорганических доноров . Эти ферменты были разработаны для разложения оксоанионов. DMSOR катализирует перенос двух электронов и одного атома кислорода в реакции: активный центр DMSOR содержит молибден, который в других случаях редко встречается в биологии.
Третичная структура и активный сайт
Что касается других членов семейства DMSO редуктаз, третичная структура DMSOR состоит из Mo-окружающих доменов I-IV, с доменом IV, сильно взаимодействующим с Mo-кофакторами пираноптериндитиолена (P- и Q-птерином) активного сайта. Члены семейства ДМСО-редуктазы различаются по активным сайтам. В случае DMSOR центр Mo находится в двух дитиоленах, обеспечиваемых двумя кофакторами пираноптерина. Эти органические кофакторы, называемые молибдоптеринами , связаны с GMP с образованием динуклеотидной формы. Дополнительным пятым кэп-подобным лигандом является боковая цепь О остатка серина-147, дополнительно классифицируя фермент как ДМСО редуктазу III типа. Серин InType I и II заменен остатками цистеина и аспартата соответственно. В зависимости от окислительно-восстановительного состояния Мо, которое колеблется между IV, V или VI по мере развития реакции, ядро Мо активного центра также может быть лигировано с атомом кислорода аква-, гидроксо- или оксогруппы, соответственно. . Исследования показали, что конкретная идентичность аминокислоты, используемой для координации ядра Мо, сильно влияет на средний окислительно-восстановительный потенциал Мо и состояние протонирования лигирования кислородной группы, которые являются ключевыми детерминантами в механизме катализа фермента.
Механизм
Первоначальные исследования изотопного DMSO 18 установили механизм двойной оксотрансферазы для DMSOR R. sphaeroides . В этом механизме меченый O 18 переносится с субстрата на Mo, который затем переносит O 18 на 1,3,5-триаза-7-фосфаадамантан (PTA) с образованием PTAO 18 . По аналогичному механизму ДМСО переводит O в Mo, и образующийся центр Mo (VI) O восстанавливается, давая воду.
Исследования синтетических комплексов Mo- бисдитиолен предполагают перенос кислорода, перенос электрона. Используя XAS и DFT с S K-краем, эти модельные исследования указывают на согласованное расщепление SO и перенос электронов. Скорости пропорциональны уменьшению прочности связи XO субстрата и увеличению протонного сродства субстрата.
Рентгеновская кристаллография установила, что общая третичная структура фермента остается постоянной в ходе реакции. Однако несколько различных экспериментов, проведенных с DMSOR R. sphaeroides, показали разные результаты для координационной активности четырех потенциальных дитиоленовых лигандов. В то время как одно исследование рентгеновской кристаллографии пришло к выводу об эквидистантной координации всех четырех лигандов Mo-S в окисленной форме, что подтверждается многочисленными исследованиями рентгеновской спектроскопии поглощения (XAS), другое исследование охарактеризовало асимметричные расстояния Mo-S. Оба исследования, а также исследования электронного парамагнитного резонанса (ЭПР) предсказали, что активный центр Mo очень гибок с точки зрения положения и степени потенциальной координации лигандов.
Данные, предполагающие наличие двух существенно асимметричных кофакторов пираноптерина, были использованы для предположения механизма реакции. В полностью окисленной форме активного центра Mo VI оксогруппа и сериновые лиганды координировались на расстоянии 1,7 A от центра Mo. S1 и S2 P-птерина и S1 Q-птерина были расположены на расстоянии 2,4 А от Мо, а S2 Q-птерина - на расстоянии 3,1 А. Эта асимметрия птерина может быть результатом транс-эффекта оксогруппы, ослабляющего связь S2-Mo, которая расположена прямо напротив оксогруппы.
Напротив, структура полностью восстановленной формы Mo IV активного центра показала, что S1 и S2 P-птерин и S1 Q-птерин сохраняли полную координацию, однако S2 Q-птерина сдвигался от металлического центра, что указывает на снижение координации . Этот сдвиг в длине связи лиганд-Мо согласуется с предполагаемым механизмом прямого переноса кислорода от субстрата ДМСО к Мо. Более слабая координация дитиолена в восстановленной форме фермента может способствовать прямому связыванию S = O. При восстановлении Мо и протонировании оксогруппы предполагается, что источник электронов цитохрома может связываться с углублением над активным центром и напрямую восстанавливать центр Мо, или же этот цитохром может связываться с хорошо сольватированной полипептидной петлей. в непосредственной близости от Q-птерина, и Q-птерин может опосредовать этот перенос электрона.
Сотовая связь и регулирование
У R. sphaeroides DMSOR представляет собой водорастворимый белок с одной субъединицей, который не требует дополнительных кофакторов, кроме птерина. В E. coli DMSOR встроен в мембрану и имеет три уникальные субъединицы, одна из которых включает характерный кофактор птерина, другая - четыре кластера 4Fe: 4S , и последняя трансмембранная субъединица, которая связывает и окисляет менахинол. Перенос е- от менахинола к кластерам 4Fe: 4S и, наконец, к активному центру птерина-Мо генерирует протонный градиент, используемый для генерации АТФ.
DMSOR регулируется преимущественно на уровне транскрипции. Он кодируется геном dor и экспрессируется при активации сигнальным каскадом, который регулируется белками DorS, DorR и DorC. Изучение слияний lacZ (репортерных генов) с соответствующими промоторами dorS, dorR и dorC пришло к выводу, что экспрессия DorR и DorC увеличивается в среде с пониженным содержанием кислорода, но на экспрессию DorS не влияет концентрация кислорода. Экспрессия DorC также увеличивалась с увеличением концентрации ДМСО.
Воздействие на окружающую среду
DMS, продукт DMSOR, является компонентом цикла серы . ДМС окисляется до метансульфонатов , которые вызывают конденсацию облаков над открытыми океанами, где альтернативный источник зародышеобразования, пыль, отсутствует. Образование облаков является ключевым компонентом в увеличении альбедо Земли и регулировании температуры атмосферы, поэтому этот фермент и реакция, которую он катализирует, могут оказаться полезными на границе контроля климата.
