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flavodoxina

Las flavodoxinas (Fld) son proteínas de transferencia de electrones pequeñas y solubles . [1] [2] Las flavodoxinas contienen mononucleótido de flavina como grupo protésico. La estructura de la flavodoxina se caracteriza por una lámina beta paralela de cinco hebras , rodeada por cinco hélices alfa . [3] Se han aislado de procariotas , cianobacterias y algunas algas eucariotas . [2]

Fondo

Las flavodoxinas, que se encontraban originalmente en las cianobacterias y los clostridios , se descubrieron hace más de 50 años. [4] Estas proteínas evolucionaron a partir de un ambiente anaeróbico , debido a presiones selectivas. La ferredoxina , otra proteína redox, era la única proteína capaz de utilizarse de esta manera. Sin embargo, cuando el oxígeno estuvo presente en el medio ambiente, el hierro se volvió limitado. Ferredoxina depende del hierro y es sensible a los oxidantes. En estas condiciones limitadas de hierro, ya no se prefería la ferredoxina. La flavodoxina, por otro lado, es lo opuesto a estos rasgos, ya que es resistente a los oxidantes y tiene contrapartes isofuncionales sin hierro. Por lo tanto, durante algún tiempo la flavodoxina fue la principal proteína redox. Sin embargo, ahora, cuando la ferredoxina y la flavodoxina están presentes en el mismo genoma , todavía se utiliza la ferredoxina, pero en condiciones bajas en hierro, se induce la flavodoxina. [5]

Estructura

Estructura tridimensional de la proteína flavodoxina.

Existen tres formas de flavodoxina: oxidada , (OX) , semiquinona (SQ) e hidroquinona (HQ). Aunque son relativamente pequeñas (M w = 15-22 kDa), [6] las flavodoxinas existen en clasificaciones de cadena "larga" y "corta". Las flavodoxinas de cadena corta contienen entre 140 y 180 residuos de aminoácidos, [4] mientras que las flavodoxinas de cadena larga incluyen una inserción de 20 aminoácidos en la última cadena beta . Estos residuos forman un bucle que puede usarse para aumentar la afinidad de unión del mononucleótido de flavina, así como para ayudar en la formación de intermediarios plegados. Sin embargo, todavía no se sabe con certeza cuál es la verdadera función del bucle. Además, el mononucleótido de flavina está unido de forma no covalente a la proteína flavodoxina y trabaja para transportar electrones . [4] [5]

Aplicaciones médicas

Heliobacter pylori (Hp), el patógeno gástrico humano más prevalente, requiere flavodoxinas en su POR (complejo enzimático piruvato oxidorreductasa) esencial [7] utilizado en la descarboxilación del piruvato. La mayoría de las flavodoxinas tienen un residuo hidrófobo grande, como el triptófano, cerca del FMN , pero el Hp tiene un residuo de alanina, lo que permite que se forme una bolsa de soluto. Actualmente se están realizando investigaciones para identificar inhibidores de flavodoxina específicos de Hp , no tóxicos, con el fin de tratar infecciones. [8]

Mecanismo

Las flavodoxinas requieren un potencial redox altamente negativo para estar activas. La conformación de semiquinona se estabiliza mediante un enlace de hidrógeno en la posición N-5 de la flavina. Este enlace, así como un residuo de triptófano común cerca del sitio de unión, ayuda a reducir la reactividad de SQ. La forma de hidroquinona se ve obligada a adoptar una conformación plana, desestabilizándola. [9] La transferencia de electrones se produce en el anillo de dimetilbenceno del FMN.

Flavodoxinas en cianobacterias

(RCF-1) Forma trigonal de flavodoxina de cadena larga oxidada recombinante en Anabaena/Nostoc sp. El sitio activo se caracteriza por un cofactor FMN (mononucleótido de flavina) resaltado en magenta. Residuo de SO4 resaltado en amarillo. Como ocurre con la mayoría de las flavodoxinas, los residuos cerca del sitio de unión son grandes e hidrofóbicos.

En cianobacterias como Nostoc sp ., las flavodoxinas son específicas de heterocistos [10] y se utilizan en el fotosistema 1 para entregar electrones a la nitrogenasa, además de reducir N2 y NADP+, la fijación de nitrógeno y la formación de H2. [6]

Referencias

  1. ^ Sancho J (abril de 2006). "Flavodoxinas: secuencia, plegamiento, unión, función y más". Ciencias de la vida celulares y moleculares . 63 (7–8): 855–864. doi :10.1007/s00018-005-5514-4. PMC  11136378 . PMID  16465441. S2CID  6090402.
  2. ^ ab Pierella Karlusich JJ, Lodeyro AF, Carrillo N (octubre de 2014). "El largo adiós: el ascenso y la caída de la flavodoxina durante la evolución de las plantas". Revista de Botánica Experimental . 65 (18): 5161–5178. doi : 10.1093/jxb/eru273. PMC 4400536 . PMID  25009172. 
  3. ^ Freigang J, Diederichs K, Schäfer KP, Welte W, Paul R (febrero de 2002). "Estructura cristalina de flavodoxina oxidada, una proteína esencial en Helicobacter pylori". Ciencia de las proteínas . 11 (2): 253–261. doi :10.1110/ps.28602. PMC 2373437 . PMID  11790835. 
  4. ^ abc Prakash D, Iyer PR, Suharti S, Walters KA, Santiago-Martinez MG, Golbeck JH, et al. (Diciembre de 2019). "Estructura y función de una flavodoxina inusual del dominio Archaea". Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América . 116 (51): 25917–25922. Código Bib : 2019PNAS..11625917P. doi : 10.1073/pnas.1908578116 . PMC 6926009 . PMID  31801875. 
  5. ^ ab Houwman JA, van Mierlo CP (octubre de 2017). "Plegamiento de proteínas con arquitectura similar a la flavodoxina". El Diario FEBS . 284 (19): 3145–3167. doi : 10.1111/febrero.14077 . PMID  28380286. S2CID  3933842.
  6. ^ ab Lodeyro AF, Ceccoli RD, Pierella Karlusich JJ, Carrillo N (agosto de 2012). "La importancia de la flavodoxina para la tolerancia al estrés ambiental en microorganismos fotosintéticos y plantas transgénicas. Mecanismo, evolución y potencial biotecnológico". Cartas FEBS . 586 (18): 2917–2924. doi : 10.1016/j.febslet.2012.07.026 . PMID  22819831. S2CID  19298219.
  7. ^ Cremades N, Bueno M, Toja M, Sancho J (abril de 2005). "Hacia una nueva diana terapéutica: flavodoxina de Helicobacter pylori". Química Biofísica . 115 (2–3): 267–276. doi :10.1016/j.bpc.2004.12.045. PMID  15752617.
  8. ^ Salillas S, Sancho J (marzo de 2020). "Flavodoxinas como nuevos objetivos terapéuticos contra Helicobacter pylori y otros patógenos gástricos". Revista Internacional de Ciencias Moleculares . 21 (5): 1881. doi : 10.3390/ijms21051881 . PMC 7084853 . PMID  32164177. 
  9. ^ Simondsen RP, Tollin G (diciembre de 1980). "Relaciones estructura-función en flavodoxinas". Bioquímica Molecular y Celular . 33 (1–2): 13–24. doi :10.1007/BF00224568. PMID  6782445. S2CID  24764348.
  10. ^ Lindberg P, Lindblad P, Cournac L (abril de 2004). "Intercambio de gases en la cepa ATCC 29133 de la cianobacteria filamentosa Nostoc punctiforme y su cepa mutante NHM5 deficiente en hidrogenasa". Microbiología Aplicada y Ambiental . 70 (4): 2137–2145. Código Bib : 2004ApEnM..70.2137L. doi :10.1128/AEM.70.4.2137-2145.2004. PMC 383079 . PMID  15066806. 

enlaces externos