Las rubredoxinas son una clase de proteínas de bajo peso molecular que contienen hierro y que se encuentran en bacterias y arqueas que metabolizan azufre . A veces, las rubredoxinas se clasifican como proteínas de hierro-azufre ; sin embargo, a diferencia de las proteínas de hierro-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 tener un papel en la entrega 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 cadenas β. El sitio activo de la rubredoxina contiene un ion de hierro que está coordinado por los azufres de cuatro residuos de cisteína conservados que forman un tetraedro casi regular. Esto a veces se denomina sistema [1Fe-0S] o Fe 1 S 0 , en analogía con la nomenclatura de las proteínas de hierro-azufre. Si bien la gran mayoría de las rubredoxinas son solubles, existe una rubredoxina unida a la membrana, denominada rubredoxina A , en los fotoautótrofos oxigénicos . [3]
Las rubredoxinas realizan procesos de transferencia de un electrón. El átomo central de hierro cambia entre los estados de oxidación +2 y +3 . En ambos estados de oxidación, el metal permanece con un espín alto , lo que ayuda a minimizar los cambios estructurales. El potencial de reducción de una rubredoxina se encuentra típicamente en el rango de +50 mV a -50 mV.
Esta proteína de hierro-azufre es un transportador de electrones, y es fácil distinguir sus cambios de centro metálico: el estado oxidado es rojizo (debido a una transferencia de carga metálica del ligando), mientras que el estado reducido es incoloro (debido a que 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 tasa 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+ por 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 Fe 2+ reducida de la rubredoxina da como resultado un pequeño aumento en la estabilización electrostática del enlace amida-NH H al S-Cys, lo que conduce a una energía de reorganización menor 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 de Fe2 + . Una mutagénesis dirigida al sitio de Leu41 a Alanina muestra un desplazamiento de 50 mV del potencial redox de Fe3 +/2+ . [6] La sustitución del CH3 más pequeño muestra que la cadena lateral de Leu41 estabiliza el estado de oxidación de Fe2 + más que el estado de oxidación de Fe3 + . La estructura de rayos X en el estado de Fe2 + reducido muestra que la cadena lateral de Leu41 adopta 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 Fe 2+ reducido , la cadena lateral de Leu41 se aleja de Cys 9 Sγ, exponiendo Cys 9 Sγ y aumentando la polaridad del centro Fe 3+ /Fe 2+ . [1] El cambio de catión Fe 2+ más bajo del estado reducido deja una carga negativa más alta en el donante Cys 9 Sγ que atrae agua fuertemente. Como resultado, el agua puede penetrar y formar enlaces de hidrógeno con el tiolato Cys 9 Sγ que impide que la compuerta se cierre, lo que resulta en una conformación abierta. Por el contrario, el estado Fe 3+ oxidado produce un donante Cys 9 Sγ con carga menos negativa que no atrae el agua fuertemente. Sin enlaces de hidrógeno del agua a Cys 9 Sγ, la compuerta permanece cerrada. Por lo tanto, 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 Fe 2+ . [5] La estabilización del estado de oxidación Fe 2+ cambia el potencial de reducción a un valor E 0 más positivo . [5]