| ferredoxina-NADP+ reductasa | |
|---|---|
| Identificadores | |
| Código KF | 1.18.1.2 |
| número CAS | 9029-33-8 |
| Bases de datos de enzimas | |
| IntEnz | vista IntEnz |
| BRENDA | entrada BRENDA |
| ExPASy | Vista de NiceZyme |
| metaciclo | camino metabólico |
| kegg | entrada KEGG |
| PRIAM | perfil |
| Estructuras PDB | RCSB PDB PDBe PDBj PDBsum |
| Ontología de genes | AmiGO • EGO |
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| NCBI | Proteínas NCBI |
| CAS | 9029-33-8 |
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Ferredoxina - NADP + - reductasa , abreviada como FNR , una enzima de la clase de las oxidorreductasas que cataliza la reacción de reducción de NADP + utilizando ferredoxina como donante de electrones.
Los tres sustratos necesarios para esta enzima son ferredoxina reducida , NADP + y H + . Productos que se forman durante la reacción: ferredoxina oxidada y NADPH . La enzima tiene un cofactor de flavina - FAD .
La enzima pertenece a la familia de las oxidorreductasas , que utilizan proteínas de hierro-azufre como donantes de electrones y NAD + o NADP + como aceptores de electrones.
Participa en el proceso de fotosíntesis .
El nombre sistemático para esta clase de enzimas es ferredoxina: NADP + oxidorreductasa. Otros nombres de uso común:
Durante la operación de la cadena de transporte de electrones de la fotosíntesis , los electrones se transfieren de una molécula de agua a una proteína portadora de un electrón: la ferredoxina. Ferredoxin:NADP + -reductase luego asegura la transferencia de electrones de cada una de las dos moléculas de ferredoxina a una molécula de un transportador de bajo peso molecular de dos electrones: NADP + . [1] FNR usa FAD , que puede existir en tres estados diferentes: completamente oxidado, semiquinona con un electrón aceptado y completamente reducido (después de aceptar dos electrones). [2]
El mecanismo de catálisis FNR se puede describir bien en términos del modelo de catálisis inducida. [2] La unión de la ferredoxina por la enzima conduce a la formación de un enlace de hidrógeno entre el residuo de glutamato (E312) y el residuo de serina (C96) en el sitio activo . [3] El residuo de glutamato está altamente conservado ya que estabiliza la forma semiquinona de FAD y es un donante/aceptor de protones en la reacción. [4] El paso limitante de la velocidad de toda la reacción es la salida de la primera molécula de ferredoxina oxidada del centro activo después de la reducción de un electrón de FAD. [2] Este paso es inhibido por altas concentraciones de ferredoxina oxidada y activado por la presencia de NADP + en el ambiente . [2] La unión a NADP + reduce la afinidad de la enzima por la ferredoxina. [5]
La enzima también acelera la reacción inversa para formar ferredoxina reducida, que se puede utilizar en varias vías biosintéticas. Algunas bacterias y algas tienen una forma de la enzima que usa flavodoxina en lugar de ferredoxina como transportador de un electrón.
La ferredoxina-NADP(+)-reductasa vegetal tiene dos dominios estructurales. El primer dominio está representado por un cilindro β antiparalelo en el extremo N de la proteína con un sitio de unión a FAD . [6] El segundo dominio en el extremo C de la proteína incluye varias estructuras de hélice α y hoja β que se unen a NADP + . [6] [7] El sitio activo de la enzima se encuentra en la unión entre dos dominios. [ocho]
La unión de la enzima a la membrana de los tilacoides la proporciona una hélice de poliprolina de tipo II formada entre dos monómeros FNR. Del lado de la membrana, varias proteínas integrales ricas en prolina están involucradas en la unión de FNR . [9]
A fines de 2007, se han definido 54 estructuras enzimáticas para esta clase, con códigos de acceso PDB .
La ferredoxina-NADP(+)-reductasa es la última enzima en la cadena de transferencia de electrones durante la fotosíntesis del fotosistema I al NADPH. El NADPH se utiliza como equivalente reductor en las reacciones del ciclo de Calvin . La transferencia de electrones de la ferredoxina al NADPH ocurre solo en la luz, en parte porque la actividad de FNR se inhibe en la oscuridad. [10] En organismos no fotosintéticos, FNR funciona principalmente a la inversa para proporcionar ferredoxina reducida a varias vías metabólicas . Estas vías incluyen la fijación de nitrógeno, la biosíntesis de terpenoides , el metabolismo de esteroides, la respuesta al estrés oxidativo y la biogénesis de proteínas de hierro y azufre.
FNR es una proteína soluble en agua que se encuentra libre en el estroma del cloroplasto e incrustada en la membrana tilacoide. Esta unión ocurre en el lado opuesto del sitio activo de la enzima y lo más probable es que no afecte la estructura del sitio activo y no afecte significativamente la actividad enzimática. Cuando se une a la membrana tilacoide, existe como un dímero, pero cuando la enzima está en el estroma, existe como un monómero. La tasa de unión de FNR a las proteínas integrales de la membrana en la membrana tilacoide aumenta en un ambiente ácido, por lo que la unión de FNR a la membrana tilacoide puede ser una forma de almacenar y estabilizar la enzima en la oscuridad cuando no se produce la fotosíntesis. [11] El pH del estroma de los cloroplastos varía de ligeramente ácido en la oscuridad a más alcalino en la luz. Por lo tanto, en la oscuridad, más FNR se unirá a la membrana tilacoide, y en la luz, más FNR se disociará y quedará libre en el estroma.
Ferredoxina-NADP(+)-reductasas están presentes en muchos organismos, incluyendo plantas , bacterias , mitocondrias eucariotas . Sin embargo, estas proteínas pertenecen a dos familias no relacionadas y son un ejemplo de evolución convergente . Los FNR de tipo vegetal incluyen FNR de tipo vegetal de plástidos y FNR bacterianos. Los FNR del tipo glutatión reductasa se encuentran en las mitocondrias de los eucariotas.
En la familia de plantas FNR, la presión evolutiva selectiva ha llevado a diferencias en la eficiencia catalítica entre organismos fotosintéticos y no fotosintéticos. La transferencia de electrones a través de FNR es un paso limitante en el proceso de fotosíntesis; por lo tanto, los FNR de plástidos en las plantas se han convertido en altamente eficientes. Estos FNR plástidos son 20-100 veces más activos que los FNR bacterianos. [12] Esta alta eficiencia catalítica de transferencia de electrones de FAD a NADP se debe a cambios estructurales en el sitio activo que reducen la distancia entre N5 en FAD y C4 en NADP(+). [13]
Los FNR de plástidos de plantas también han evolucionado para adquirir un mayor grado de especificidad de sustrato para NADP (+) que para NAD (+); el análisis de las mutaciones de aminoácidos mostró que el residuo de tirosina terminal en el plástido FNR juega un papel clave en esta especificidad de sustrato. Por el contrario, algunos FNR no fotosintéticos no se unen preferentemente a NADP (+) y carecen de este residuo de tirosina.
La enzima se considera como posibles dianas para la terapia de algunas enfermedades protozoarias humanas comunes causadas por parásitos intracelulares obligados del tipo Apicomplexa .
Los apicomplejos se caracterizan por la presencia de orgánulos especiales : apicoplastos . Los apicoplastos surgieron como resultado de la simbiogénesis del ancestro del parásito con las algas. Por lo tanto, el apicoplasto contiene FNR de tipo vegetal, que se utiliza para reducir la ferredoxina, que es un donante de electrones importante en muchas vías metabólicas. [14] Al mismo tiempo, los humanos carecen de proteínas cercanas a las FNR de las plantas, lo que los convierte en objetivos prometedores para la terapia farmacológica.
Hasta la fecha, los genes FNR han sido secuenciados a partir de los dos principales representantes de los apicomplejos que afectan a los humanos: Plasmodium falciparum (el agente causal de la malaria ) y Toxoplasma gondii (el agente causal de la toxoplasmosis) . [15] Se está trabajando para encontrar fármacos que supriman la FNR de estos parásitos.