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Formato deshidrogenasa

Las formiato deshidrogenasas son un conjunto de enzimas que catalizan la oxidación del formiato a dióxido de carbono , donando los electrones a un segundo sustrato, como la NAD + en formiato:NAD+ oxidorreductasa ( EC 1.17.1.9) o a una citocromo en formiato:ferricitocromo-b1 oxidorreductasa ( EC 1.2.2.1). [1] Esta familia de enzimas ha atraído la atención como inspiración o guía sobre métodos para la fijación de dióxido de carbono, relevante para el calentamiento global . [2]

Función

Las deshidrogenasas de formato dependientes de NAD son importantes en levaduras y bacterias metilotróficas , siendo vitales en el catabolismo de compuestos C1 como el metanol . [3] Las enzimas dependientes del citocromo son más importantes en el metabolismo anaeróbico en procariotas. [4] Por ejemplo, en E. coli , la oxidorreductasa de formato: ferricitocromo-b1 es una proteína de membrana intrínseca con dos subunidades y está involucrada en la respiración anaeróbica de nitrato. [5] [6]

Reacción dependiente de NAD

Formiato + NAD + ⇌ CO 2 + NADH + H +

Reacción dependiente del citocromo

Formato + 2 ferricitocromo b1 ⇌ CO 2 + 2 ferrocitocromo b1 + 2 H +

Dependencia de molibdopterina, molibdeno y selenio

Los Fdh dependientes de metales presentan Mo o W en sus sitios activos. Estos sitios activos se parecen al motivo observado en la DMSO reductasa , con dos cofactores de molibdopterina unidos a Mo/W de manera bidentada. Los ligandos quinto y sexto son sulfuro y cisteínato o selenocisteínato. [7]

El mecanismo de acción parece implicar una 2e redox de los centros metálicos, inducida por la transferencia de hidruro desde el formato y la liberación de dióxido de carbono :

S=M VI (Escius)(SR) 4 + HCO−2 ⇌ HS−M IV (Escima) (SR) 4 + CO 2
S=M VI (Secys)(SR) 4 + HCO−2 ⇌ HS−M IV (Secys)(SR) 4 + CO 2

En este esquema, (SR) 4 representa los cuatro ligandos de tipo tiolato proporcionados por los dos cofactores de ditioleno , las molibdopterinas . Los ligandos de ditioleno y cisteinilo/selenocisteinilo son redox-inocentes . En términos de los detalles moleculares, el mecanismo sigue siendo incierto, a pesar de numerosas investigaciones. La mayoría de los mecanismos suponen que el formato no se coordina con Mo/W, en contraste con las oxotransferasas Mo/W típicas (por ejemplo, DMSO reductasa ). Una propuesta mecanicista popular implica la transferencia de H - desde el formato al grupo Mo/W VI =S. [8]

Formato deshidrogenasa (PDB 1KQF, resolución de 1,6 A, de E. coli); vista general de la cadena de transporte de electrones que muestra los grupos [Fe4S4] en las subunidades alfa y beta periplásmicas, y la subunidad gamma citoplasmática que muestra el sitio de unión de la menoquinona Fe(heme b)P y Fe-(heme b)C donde un ligando HQNO está unido cerca del Fe(heme b)C. Colores de los átomos: Fe = naranja, S = amarillo, C = gris, O = rojo, N = azul.

Dominio transmembrana

La formato deshidrogenasa consta de dos dominios transmembrana: tres hélices α de la subunidad β y cuatro hélices transmembrana de la subunidad gamma.

La subunidad β de la formiato deshidrogenasa está presente en el periplasma con una única hélice α transmembrana que abarca la membrana anclando la subunidad β a la superficie de la membrana interna. La subunidad β tiene dos subdominios, donde cada subdominio tiene dos grupos de ferredoxina [4Fe-4S] . La alineación juiciosa de los grupos [4Fe-4S] en una cadena a través de la subunidad tiene distancias de separación bajas, lo que permite un flujo rápido de electrones a través de [4Fe-4S]-1, [4Fe-4S]-4, [4Fe-4S]-2 y [4Fe-4S]-3 al hemo periplásmico b en la subunidad γ. Luego, el flujo de electrones se dirige a través de la membrana a un hemo citoplasmático b en la subunidad γ.

La subunidad γ de la formiato deshidrogenasa es un citocromo b unido a la membrana que consta de cuatro hélices transmembrana y dos grupos hemo b que producen un haz de cuatro hélices que ayuda a la unión del hemo. Los cofactores del hemo b unidos a la subunidad gamma permiten el salto de electrones a través de la subunidad. Las hélices transmembrana mantienen ambos grupos hemo b, mientras que solo tres proporcionan los ligandos hemo, anclando así el Fe-hemo. El grupo hemo b periplásmico acepta electrones de los grupos [4Fe-4S]-3 del dominio periplásmico de la subunidad β. El grupo hemo b citoplasmático acepta electrones del grupo hemo b periplásmico, donde el flujo de electrones se dirige luego hacia el sitio de reducción de menaquinona (vitamina K) , presente en el dominio transmembrana de la subunidad gamma. El sitio de reducción de menaquinona en la subunidad γ acepta electrones a través de la unión de un ligando de histidina del hemo b citoplasmático. [9]

Sitio de unión de menaquinona junto a la vía de protones del agua propuesta

Véase también

Lectura adicional

Referencias

  1. ^ Hille, Russ; Hall, James; Basu, Partha (2014). "Las enzimas mononucleares del molibdeno". Chemical Reviews . 114 (7): 3963–4038. doi :10.1021/cr400443z. PMC 4080432 . PMID  24467397. 
  2. ^ Amao, Yutaka (2018). "Formiato deshidrogenasa para la utilización de CO2 y su aplicación". Journal of CO2 Utilization . 26 : 623–641. doi : 10.1016/j.jcou.2018.06.022 . S2CID  189383769.
  3. ^ Popov VO, Lamzin VS (1994). "Formiato deshidrogenasa dependiente de NAD(+)". Biochem. J . 301 (3): 625–43. doi :10.1042/bj3010625. PMC 1137035 . PMID  8053888. 
  4. ^ Jormakka M, Byrne B, Iwata S (2003). "Formiato deshidrogenasa: una enzima versátil en entornos cambiantes". Curr. Opin. Struct. Biol . 13 (4): 418–23. doi :10.1016/S0959-440X(03)00098-8. PMID  12948771.
  5. ^ Graham A, Boxer DH (1981). "La organización de la formiato deshidrogenasa en la membrana citoplasmática de Escherichia coli". Biochem. J . 195 (3): 627–37. doi :10.1042/bj1950627. PMC 1162934 . PMID  7032506. 
  6. ^ Ruiz-Herrera J, DeMoss JA (1969). "Complejo nitrato reductasa de Escherichia coli K-12: participación de componentes específicos de la formiato deshidrogenasa y del citocromo b1 en la reducción de nitrato". J. Bacteriol . 99 (3): 720–9. doi :10.1128/JB.99.3.720-729.1969. PMC 250087 . PMID  4905536. 
  7. ^ Stripp, Sven T.; Duffus, Benjamin R.; Fourmond, Vincent; Léger, Christophe; Leimkühler, Silke; Hirota, Shun; Hu, Yilin; Jasniewski, Andrew; Ogata, Hideaki; Ribbe, Markus W. (2022). "Efectos de la segunda esfera de coordinación y de la esfera de coordinación externa en la nitrogenasa, la hidrogenasa, la formiato deshidrogenasa y la CO deshidrogenasa". Chemical Reviews . 122 (14): 11900–11973. doi :10.1021/acs.chemrev.1c00914. PMC 9549741 . PMID  35849738. 
  8. ^ Fogeron, Thibault; Li, Yun; Fontecave, Marc (2022). "Imitadores de la formiato deshidrogenasa como catalizadores para la reducción del dióxido de carbono". Moléculas . 27 (18): 5989. doi : 10.3390/molecules27185989 . PMC 9506188 . PMID  36144724. 
  9. ^ Stiefel, Edward (31 de marzo de 2002). "Recomendación de opiniones de la facultad sobre la base molecular de la generación de fuerza motriz de protones: estructura de la formiato deshidrogenasa-N". doi : 10.3410/f.1004770.61154 . {{cite journal}}: Requiere citar revista |journal=( ayuda )

Enlaces externos