روبيريدوكسين

📅 آخر تحديث: ٣ أغسطس ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٣ أغسطس ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 3 صور
الموسوعة الحرة

الروبيريدوكسينات هي فئة من البروتينات منخفضة الوزن الجزيئي التي تحتوي على الحديد ، وتوجد في البكتيريا والعتائق التي تستقلب الكبريت . تُصنف الروبيريدوكسينات أحيانًا ضمن بروتينات الحديد والكبريت ؛ إلا أنها، على عكس بروتينات الحديد والكبريت، لا تحتوي على كبريتيد غير عضوي. ومثل السيتوكرومات والفيريدوكسينات وبروتينات ريسك ، يُعتقد أن الروبيريدوكسينات تُشارك في نقل الإلكترونات في الأنظمة البيولوجية. وقد أدت دراسات حديثة أُجريت على البكتيريا [ 1 ] والطحالب [ 2 ] إلى فرضية مفادها أن بعض الروبيريدوكسينات قد يكون لها دور في توصيل الحديد إلى البروتينات المعدنية .

بناء

تم تحديد البنية ثلاثية الأبعاد لعدد من الروبيريدوكسينات. ينتمي هذا الطي إلى فئة α+β، ويتكون من حلزونين ألفا و2-3 خيوط بيتا . يحتوي الموقع النشط للروبيريدوكسين على أيون حديد مرتبط بذرات الكبريت لأربعة بقايا سيستين محفوظة ، مكونًا شكلًا رباعي الأوجه شبه منتظم. يُشار إلى هذا أحيانًا بنظام [1Fe-0S] أو Fe1S0 ، قياسًا على تسمية بروتينات الحديد والكبريت. في حين أن الغالبية العظمى من الروبيريدوكسينات قابلة للذوبان، يوجد روبيريدوكسين مرتبط بالغشاء، يُشار إليه باسم روبيريدوكسين A ، في الكائنات الحية ذاتية التغذية الضوئية المنتجة للأكسجين . [ 3 ]

تُجري الروبيريدوكسينات عمليات نقل إلكترون واحد. تتغير ذرة الحديد المركزية بين حالتي الأكسدة +2 و+3 . في كلتا حالتي الأكسدة، يبقى المعدن في حالة دوران مغزلي عالٍ ، مما يُساعد على تقليل التغيرات البنيوية. يتراوح جهد اختزال الروبيريدوكسين عادةً بين +50 ملي فولت و-50 ملي فولت.

هذا البروتين الحديدي الكبريتي هو ناقل للإلكترونات، ومن السهل تمييز تغيرات مركزه المعدني: الحالة المؤكسدة حمراء اللون (بسبب انتقال شحنة المعدن الرابط)، بينما الحالة المختزلة عديمة اللون (لأن انتقال الإلكترون له طاقة مستوى الأشعة تحت الحمراء، وهو أمر غير محسوس للعين البشرية).

تمثيل بنيوي للموقع النشط للروبيريدوكسين

الروبيريدوكسين في بعض التفاعلات الكيميائية الحيوية

  • EC 1.14.15.2 أحادي أوكسيجيناز الكافور 1،2 [(+)-كافور، روبيريدوكسين مختزل: أوكسيدوريدوكتاز الأكسجين (1،2-لاكتونيزينج)]
    • (+)-بورنان-2،5- ديون + روبيريدوكسين مختزل + O₂ = 5-أوكسو-1،2-كامفوليد + روبيريدوكسين مؤكسد + H₂O
  • EC 1.14.15.3 ألكان 1-أحادي الأكسجيناز (ألكان، مختزل-روبريدوكسين:أكسجين 1-أوكسيدوريدوكتاز)
    • أوكتان + روبيريدوكسين مختزل + O₂ = 1-أوكتانول + روبيريدوكسين مؤكسد + H₂O
  • EC 1.15.1.2 مختزلة فوق الأكسيد (روبريدوكسين: مختزلة فوق الأكسيد)
    • روبيريدوكسين مختزل + فوق الأكسيد + 2 H + = روبيريدوكسين + H2O2
  • EC 1.18.1.1 روبيريدوكسين - مختزلة NAD + (روبريدوكسين: مختزلة NAD + المؤكسدة)
    • روبيريدوكسين مختزل + NAD + = روبيريدوكسين مؤكسد + NADH + H +
  • EC 1.18.1.4 روبيريدوكسين — NAD(P) + ريدوكتاز (روبريدوكسين:NAD(P) + أوكسيدوريدوكتاز)
    • الروبيريدوكسين المختزل + NAD(P) + = الروبيريدوكسين المؤكسد + NAD(P)H + H +

معدل نقل الإلكترون

يتم تحديد معدل تبادل الإلكترون بدقة عن طريق قياسات الحركية القياسية لأطياف الامتصاص المرئي (490  نانومتر). [ 4 ] يحتوي معدل نقل الإلكترون على ثلاثة معايير: الاقتران الإلكتروني، وطاقة إعادة التنظيم، والطاقة الحرة للتفاعل (ΔG ° ).

آلية عمل البروتين وتأثيراته

أطوال روابط Fe-S و NH-S(Cys) الأميدية عند الاختزال
آلية فتح Leu41 في التكوين المفتوح

يتم إجراء تفاعل نقل الإلكترون للروبريدوكسين عن طريق اقتران الأكسدة والاختزال العكسي Fe 3+ /Fe 2+ عن طريق اختزال Fe 3+ إلى Fe 2+ وآلية البوابة الناتجة عن التغيرات التركيبية لـ Leu41. [ 5 ]

عند اختزال Fe³⁺ إلى Fe²⁺ ، يزداد طول روابط Fe-S الأربعة، ويقصر طول الرابطة الهيدروجينية بين مجموعة الأميد NH وS(Cys). ينتج عن بنية الروبيريدوكسين المختزلة Fe²⁺ زيادة طفيفة في الاستقرار الكهروستاتيكي للرابطة الهيدروجينية بين مجموعة الأميد NH وS-Cys، مما يؤدي إلى انخفاض طاقة إعادة التنظيم، وبالتالي تسريع انتقال الإلكترونات. [ 5 ]

تُساهم آلية تنظيمية تتضمن تغييرًا في بنية السلسلة الجانبية غير القطبية لليوسين 41 في زيادة استقرار حالة أكسدة الحديد الثنائي (Fe²⁺). وقد أظهرت طفرة موجهة للموقع لليوسين 41 إلى ألانين انزياحًا بمقدار 50 ملي فولت في جهد الأكسدة والاختزال للحديد الثلاثي/الثنائي . [ 6 ] ويُبين استبدال مجموعة الميثيل (CH₃ ) الأصغر أن السلسلة الجانبية لليوسين 41 تُثبّت حالة أكسدة الحديد الثنائي (Fe²⁺ ) أكثر من حالة أكسدة الحديد الثلاثي . ويُظهر التركيب البلوري بالأشعة السينية في حالة الحديد الثنائي المختزل أن السلسلة الجانبية لليوسين 41 تتخذ هيئتين مختلفتين، حيث تكون 40% منها في هيئة مفتوحة و60% في هيئة مغلقة. [ 5 ] وتتحكم السلسلة الجانبية غير القطبية لليوسين 41 في الوصول إلى موقع الأكسدة والاختزال من خلال اتخاذها هيئة مفتوحة أو مغلقة. في حالة الحديد الثنائي المختزل (Fe²⁺ ) ، يتجه السلسلة الجانبية لليوسين 41 بعيدًا عن السيستين 9 Sγ، مما يكشف السيستين 9 Sγ ويزيد من قطبية مركز الحديد الثلاثي / الثنائي . [1] يؤدي انخفاض تركيز أيون الحديد الثنائي في الحالة المختزلة إلى زيادة الشحنة السالبة على ذرة السيستين 9 Sγ المانحة، مما يجذب الماء بقوة. ونتيجة لذلك، يتمكن الماء من اختراق ذرة السيستين 9 Sγ وتكوين روابط هيدروجينية معها، مما يمنع إغلاق البوابة، وبالتالي تبقى البوابة مفتوحة. في المقابل، تُنتج حالة الحديد الثلاثي المؤكسد ذرة السيستين 9 Sγ المانحة ذات شحنة سالبة أقل، فلا تجذب الماء بقوة. وبدون تكوين روابط هيدروجينية بين الماء والسيستين 9 Sγ، تبقى البوابة مغلقة. وهكذا، يتحدد شكل الليوسين 41 بوجود الماء وحالة أكسدة الروبيريدوكسين. يؤدي قرب الماء من الموقع النشط [Fe(S-Cys) 4 ] 2- إلى استقرار الشحنة السالبة الصافية الأعلى لحالة أكسدة Fe 2+ . [ 5 ] ويؤدي استقرار حالة أكسدة Fe 2+ إلى تحويل جهد الاختزال إلى قيمة E 0 أكثر إيجابية . [ 5 ]

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ ليو، ف؛ جينغ، ج؛ غامبر، ر.هـ؛ بارمان، أ؛ أوزاروفسكي، أ؛ هاملبرغ، د؛ ليو، أ (يونيو 2015). " مستودع حديد للمعدن الحفاز: حديد الروبيريدوكسين في ديوكسيجيناز خارج الحلقة" . مجلة الكيمياء البيولوجية . 290 (25): 15621-15634 . doi : 10.1074/jbc.M115.650259 . PMC 4505474. PMID 25918158. تاريخ الاسترجاع: 6 فبراير 2023 .  
  2. ↑ كالديرون، آر إتش؛ دي فيتري، سي؛ وولمان، إف إيه؛ نيوجي، كيه كيه (فبراير 2023). "يعزز روبيريدوكسين 1 الطي الصحيح لـ D1 ولا يُعد ضروريًا لتجميع الهيم b559 في النظام الضوئي الثاني للكلاميدوموناس" . مجلة الكيمياء البيولوجية . 299 (3). doi : 10.1016/j.jbc.2023.102968 . PMC 9986647. PMID 36736898. تاريخ الاسترجاع: 6 فبراير 2023 .  
  3. ↑ كالديرون، آر إتش، غارسيا-سيردان، جي جي، مالنوي، إيه، كوك، آر، راسل، جي جي، غاو، سي، وآخرون . (سبتمبر 2013). "يُعدّ الروبيريدوكسين المحفوظ ضروريًا لتراكم النظام الضوئي الثاني في مختلف الكائنات ذاتية التغذية الضوئية الأكسجينية" . مجلة الكيمياء البيولوجية . 288 (37): 26688-26696 . doi : 10.1074/jbc.M113.487629 . PMC 3772215. PMID 23900844 .   
  4. ↑ جاكس، سي. أ.، بينيت، ل. إ.، ريموند، و. ن.، لوفنبرغ، و. (أبريل 1974). "نقل الإلكترون إلى روبيريدوكسين المطثي: حركية الاختزال بواسطة سداسي أمين الروثينيوم (II) وأيونات الفاناديوم والكروم" . وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم في الولايات المتحدة الأمريكية . 71 (4): 1118-1122 . Bibcode : 1974PNAS...71.1118J . doi : 10.1073/pnas.71.4.1118 . PMC 388174. PMID 4524621 .  
  5. 1 2 3 4 5 مين تي، إرغينيكان سي إي، إيدسنيس إم كيه، إيتشي تي، كانغ سي (مارس 2001). " الليوسين 41 هو بوابة لدخول الماء في اختزال روبيريدوكسين كلوستريديوم باستوريانوم" . علم البروتين . 10 (3): 613-621 . doi : 10.1110/gad.34501 . PMC 2374124. PMID 11344329 .  
  6. ↑ بارك آي واي، يون بي، هارلي جيه إل، إيدسنيس إم كيه، سميث إي، إيتشي تي، كانغ سي (يونيو 2004). "الماء الفريد المرتبط بروابط هيدروجينية في الشكل المختزل من روبيريدوكسين كلوستريديوم باستوريانوم ودوره المحتمل في نقل الإلكترون". مجلة الكيمياء البيولوجية غير العضوية . 9 (4): 423-428 . doi : 10.1007/s00775-004-0542-3 . PMID 15067525 . 

للمزيد من القراءة

  • ليبارد إس جيه، بيرج جيه ​​إم (1994). مبادئ الكيمياء الحيوية غير العضوية . منشورات جامعة العلوم. ISBN 978-0-935702-72-9.
  • فراوستو دا سيلفا، ج.، وويليامز، ر. (2001). الكيمياء الحيوية للعناصر: الكيمياء غير العضوية للحياة (  الطبعة الثانية). مطبعة جامعة أكسفورد. ISBN 978-0-19-850848-9.