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Flavodoxina

Las flavodoxinas (Fld) son proteínas de transferencia de electrones pequeñas y solubles . [1] [2] Las flavodoxinas contienen el mononucleótido de flavina como grupo prostético. 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 originalmente se encontraban en cianobacterias y clostridios , se descubrieron hace más de 50 años. [4] Estas proteínas evolucionaron a partir de un entorno anaeróbico , debido a presiones selectivas. La ferredoxina , otra proteína redox, era la única proteína capaz de usarse de esta manera. Sin embargo, cuando el oxígeno se hizo presente en el ambiente, el hierro se volvió limitado. La ferredoxina depende del hierro y es sensible a los oxidantes. En estas condiciones de hierro limitado, la ferredoxina ya no era la preferida. La flavodoxina, por otro lado, es lo opuesto a estos rasgos, ya que es resistente a los oxidantes y tiene contrapartes isofuncionales libres de hierro. Por lo tanto, durante algún tiempo, la flavodoxina fue la proteína redox primaria. Ahora, sin embargo, cuando la ferredoxina y la flavodoxina están presentes en el mismo genoma , la ferredoxina todavía se usa, pero en condiciones de bajo contenido de 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). Si bien son relativamente pequeñas (Mw = 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 hebra 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, aún no se sabe con certeza cuál es la verdadera función de los bucles. Además, el mononucleótido de flavina está unido de forma no covalente a la proteína flavodoxina y funciona para transportar electrones . [4] [5]

Aplicaciones médicas

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

Mecanismo

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

Flavodoxinas en cianobacterias

(RCF-1) Forma trigonal de la flavodoxina oxidada de cadena larga recombinante en Anabaena/Nostoc sp. El sitio activo se caracteriza por un cofactor FMN (mononucleótido de flavina) resaltado en magenta. El residuo 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 los 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 allá". Ciencias de la vida celular y molecular . 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". Journal of Experimental Botany . 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 la flavodoxina oxidada, una proteína esencial en Helicobacter pylori". Protein Science . 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. Bibcode :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 una arquitectura similar a la flavodoxina". The FEBS Journal . 284 (19): 3145–3167. doi : 10.1111/febs.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". FEBS Letters . 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 nuevas dianas terapéuticas 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". Applied and Environmental Microbiology . 70 (4): 2137–2145. Bibcode :2004ApEnM..70.2137L. doi :10.1128/AEM.70.4.2137-2145.2004. PMC 383079 . PMID  15066806. 

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