Las rubredoxinas son una clase de proteínas de bajo peso molecular que contienen hierro y que se encuentran en bacterias y arqueas que metabolizan el azufre . En ocasiones las rubredoxinas se clasifican como proteínas hierro-azufre ; sin embargo, a diferencia de las proteínas de hierro y azufre, las rubredoxinas no contienen sulfuro inorgánico. Al igual que los citocromos , las ferredoxinas y las proteínas de Rieske , se cree que las rubredoxinas participan en la transferencia de electrones en los sistemas biológicos. Trabajos recientes en bacterias [1] y algas [2] han llevado a la hipótesis de que algunas rubredoxinas pueden desempeñar un papel en el suministro de hierro a las metaloproteínas .
Se han resuelto las estructuras tridimensionales de varias rubredoxinas. El pliegue pertenece a la clase α+β, con 2 hélices α y 2-3 hebras β. El sitio activo de rubredoxina contiene un ion hierro que está coordinado por los azufres de cuatro residuos de cisteína conservados formando un tetraedro casi regular. Esto a veces se denomina sistema [1Fe-0S] o Fe 1S 0 , en analogía con la nomenclatura de las proteínas hierro-azufre. Si bien la gran mayoría de las rubredoxinas son solubles, existe una rubredoxina unida a una membrana, denominada rubredoxina A , en los fotoautótrofos oxigenados . [3]
Las rubredoxinas realizan procesos de transferencia de un electrón. El átomo de hierro central cambia entre los estados de oxidación +2 y +3 . En ambos estados de oxidación, el metal mantiene un alto espín , lo que ayuda a minimizar los cambios estructurales. El potencial de reducción de una rubredoxina suele estar en el rango de +50 mV a -50 mV.
Esta proteína hierro-azufre es portadora de electrones, y es fácil distinguir sus cambios de centro metálico: el estado oxidado es rojizo (debido a una transferencia de carga del metal ligando), mientras que el estado reducido es incoloro (porque la transición electrónica tiene una energía del nivel infrarrojo, que es imperceptible para el ojo humano).
La tasa de intercambio de electrones se determina con precisión mediante mediciones cinéticas estándar de espectros de absorción visible (490 nm). [4] La velocidad de transferencia de electrones tiene tres parámetros: acoplamiento electrónico, energía de reorganización y energía libre de reacción (Δ G °).
La reacción de transferencia de electrones de la rubredoxina se lleva a cabo mediante un acoplamiento redox reversible Fe 3+ /Fe 2+ mediante la reducción de Fe 3+ a Fe 2+ y un mecanismo de activación causado por los cambios conformacionales de Leu41. [5]
Tras la reducción de Fe 3+ a Fe 2+ , las longitudes de los cuatro enlaces Fe-S aumentan y el enlace amida-NH-H al S(Cys) se acorta. La estructura reducida de Fe 2+ de la rubredoxina da como resultado un pequeño aumento en la estabilización electrostática del enlace amida-NH-H a la S-Cys, lo que lleva a una menor energía de reorganización que permite una transferencia de electrones más rápida. [5]
Un mecanismo de activación que implica el cambio conformacional de la cadena lateral no polar de Leu41 estabiliza aún más el estado de oxidación del Fe 2+ . " Una mutagénesis dirigida de Leu41 a Alanina muestra un cambio de 50 mV del potencial redox del Fe 3+/2+" . [6] La sustitución del CH 3 más pequeño muestra que la cadena lateral Leu41 estabiliza el estado de oxidación del Fe 2+ más que el estado de oxidación del Fe 3+ . La estructura de rayos X en el estado reducido de Fe 2+ muestra la cadena lateral de Leu41 adoptando dos conformaciones diferentes con un 40% en una "conformación abierta" y un 60% en una "conformación cerrada". [5] La cadena lateral no polar de Leu41 controla el acceso al sitio redox adoptando una conformación abierta o cerrada. En el estado reducido de Fe 2+ , la cadena lateral de Leu41 mira en dirección opuesta a Cys 9 Sγ, exponiendo el Cys 9 Sγ y aumentando la polaridad del centro Fe 3+ /Fe 2+ . [1] El menor cambio de catión Fe 2+ del estado reducido deja una carga negativa más alta en el donante Cys 9 Sγ que atrae fuertemente el agua. Como resultado, el agua puede penetrar y formar enlaces de H con el tiolato Cys 9 Sγ que bloquea el cierre de la puerta, lo que da como resultado una conformación abierta. Por el contrario, el estado oxidado de Fe 3+ produce un donante Cys 9 Sγ menos cargado negativamente que no atrae fuertemente el agua. Sin enlaces de H del agua al Cys 9 Sγ, la compuerta permanece cerrada. Así, la conformación de Leu41 está determinada por la presencia de agua y el estado de oxidación de la rubredoxina. La proximidad del agua al sitio activo [Fe(S-Cys) 4 ] 2- estabiliza la mayor carga negativa neta del estado de oxidación del Fe 2+ . [5] La estabilización del estado de oxidación del Fe 2+ desplaza el potencial de reducción a un valor de E 0 más positivo . [5]