철황단백질

Iron-sulfur protein

철황단백질(또는 영국식 철황단백질)은 다양한 산화상태에서 황화물과 연결된 di-, tri- 및 tetrairon의 중심을 포함하는 철황클러스터의 존재로 특징지어지는 단백질이다.철-황 클러스터는 NADH 탈수소효소, 수소화효소, 조효소 Q – 시토크롬 c 환원효소, 숙신산염 – 조효소 Q 환원효소 및 질소효소 [1]등 다양한 금속단백질에서 발견된다.철-황 클러스터는 미토콘드리아와 엽록체에서 전자 전달의 산화 환원 반응에서 역할을 하는 것으로 가장 잘 알려져 있다.산화적 인산화 복합체 I과 복합체 II는 모두 복수의 Fe–S 클러스터를 가진다.이들은 아코니타아제에 의해 설명되는 촉매 작용, SAM 의존성 효소에 의해 설명되는 라디칼의 생성, 그리고 지방산과 비오틴의 생합성에서 황 공여체로서 많은 다른 기능을 가지고 있다.또한 일부 Fe-S 단백질은 유전자 발현을 조절한다.Fe-S 단백질은 생물학적 일산화질소의 공격을 받기 쉬우며, 지니트로실 철 복합체를 형성한다.대부분의 Fe-S 단백질에서 Fe의 말단 배위자는 티올레이트이지만 예외는 존재한다.[2]

대부분의 유기체의 대사 경로에서 이러한 단백질의 보급은 일부 과학자들을 철-황 화합물이 철-황 세계 이론에서 생명의 기원에 중요한 역할을 했다는 이론을 세우도록 이끈다.

구조 모티브

거의 모든 Fe-S 단백질에서 Fe 중심은 사면체이고, 말단 배위자는 시스테닐 잔류물의 티오라토 황 중심이다.황화물 그룹은 두 개 또는 세 개로 구성되어 있다.이러한 기능을 가진 3종류의 Fe-S 클러스터가 가장 일반적입니다.

2Fe~2S 클러스터

2Fe~2S 클러스터

가장 단순한 폴리메탈 시스템인 [FeS22] 클러스터는 2개의 황화 이온에 의해 브리징되고 4개의 시스테닐 리간드(FeS22 페레독신) 또는 2개의 시스테인과 2개의 히스티딘(Rieske 단백질)에 의해 배위됩니다.산화 단백질은 2개의3+ Fe 이온을 포함하고, 환원 단백질은 1개의3+ Fe 이온과 1개의2+ Fe 이온을 포함한다.이들 종은 (FeIII)2와IIIII FeFe의 두 가지 산화 상태로 존재한다.CDGSH 철황 도메인은 2Fe-2S 클러스터와도 관련되어 있습니다.

4Fe~4S 클러스터

공통 모티브는 큐반형 클러스터의 정점에 4개의 철 이온과 4개의 황화 이온을 배치한 것이 특징이다.Fe 중심은 일반적으로 시스테이닐 배위자에 의해 더욱 조정됩니다.[FeS44] 전자전달단백질(FeS44)은 저전위(세균형) 및 고전위(HiPIP) 페레독신으로 더욱 세분될 수 있다.저전위 페레독신 및 고전위 페레독신은 다음과 같은 산화환원 방식으로 관련된다.

4Fe-4S 클러스터는 단백질에서 전자 릴레이 역할을 한다.

HiPIP에서는 클러스터가 [2Fe3+, 2Fe2+](FeS442+)와 [3Fe3+, Fe2+](FeS443+) 사이를 왕복합니다.이 redox 쌍의 전위는 0.4~0.1V입니다.세균성3+ 페레독신류에서 한 쌍의 산화상태는 [Fe, 3Fe2+](FeS44+)와 [2Fe3+, 2Fe2+](FeS442+)이다.이 redox 쌍의 전위는 -0.3 ~ -0.7V입니다.4Fe-4S 클러스터 두 패밀리는 FeS442+ 산화 상태를 공유합니다.레독스 쌍의 차이는 수소 결합의 정도에 기인하며, 이는 시스테닐 티올레이트 [citation needed]배위자의 염기성을 강하게 수정한다.또한 박테리아 페레독신보다 환원성이 더 높은 산화환원쌍이 질소화효소에 관여한다.

일부 4Fe–4S 클러스터는 기질을 결합하므로 효소 보조 인자로 분류된다.아코니타아제에서 Fe-S 클러스터는 티올레이트 배위자가 없는 1개의 Fe 중심에서 아코니타아제와 결합한다.클러스터는 산화환원 과정을 거치지 않지만 구연산염을 이소시트르산염으로 변환하는 루이스산 촉매 역할을 한다.래디칼 SAM 효소에서 클러스터는 S-아데노실메티오닌을 결합 및 환원하여 래디칼을 생성하며, 래디칼은 많은 생합성에 [3]관여한다.

3Fe~4S 클러스터

단백질은 또한 보다 일반적인 [FeS44] 코어보다 철분이 1개 적은 [FeS34] 중심을 포함하는 것으로 알려져 있다.황화물 이온 3개가 각각 2개의 철 이온을, 4번째 황화물 이온이 3개의 철 이온을 브리지합니다.공식 산화 상태는 [FeS34](+모두3+ Fe 형식)에서 [FeS34](2−모두2+ Fe 형식)까지 다양할 수 있습니다.다수의 철-황 단백질에서 [FeS44] 클러스터는 하나의 철 이온의 산화 및 손실에 의해 [FeS34] 클러스터로 가역적으로 전환될 수 있다.예를 들어 비활성 형태의 아코니타아제는 [FeS34]를 가지며 Fe와 환원제를 첨가하여2+ 활성화된다.

기타 Fe-S 클러스터

더 복잡한 다금속 시스템이 일반적입니다.예를 들어 질소 분해 효소의 8Fe 및 7Fe 클러스터가 모두 포함됩니다.일산화탄소탈수소효소 및 [FeFe]-수소효소도 비정상적인 Fe-S 클러스터를 특징으로 한다.산소 내성 막 결합 수소화효소([4][5]NiFe)에서 특수 6개의 시스테인배위 [FeS43] 클러스터가 발견되었다.

질소 분해효소 내 FeMoco 클러스터 구조.이 클러스터는 아미노산 잔류물인 시스테인과 히스티딘에 의해 단백질과 연결되어 있다.

생합성

다음 항목도 참조하십시오.철황 클러스터 생합성 단백질 패밀리

Fe-S 클러스터의 생합성은 잘 [6][7][8]연구되었다.철황 클러스터의 생물 형성은 대장균과 A. vinelandii, 효모 S. cerevisiae에서 가장 광범위하게 연구되어 왔다.박테리아에서 처음 확인된 nif, suf 및 isc 시스템 등 적어도 3개의 다른 생합성 시스템이 지금까지 확인되었다.nif 시스템은 효소 질소 분해 효소의 클러스터를 담당합니다.suf 및 isc 시스템은 더 일반적입니다.

효모 Isc 시스템이 가장 잘 설명되어 있다.여러 단백질이 isc 경로를 통해 생합성 기구를 구성한다.이 과정은 크게 두 단계로 이루어진다. (1) Fe/S 클러스터는 골격 단백질에 조립된 후 (2) 미리 형성된 클러스터를 수용체 단백질로 이전한다.이 과정의 첫 단계는 원핵 생물의 세포질이나 진핵 생물의 미토콘드리아에서 일어난다.따라서 고등 유기체에서는 클러스터가 미토콘드리아 밖으로 운반되어 미토콘드리아 외 효소에 통합된다.이러한 유기체들은 또한 원핵생물계에서 발견되는 단백질과 상동성이 아닌 Fe/S 클러스터 수송 및 통합 과정에 포함된 단백질 세트를 가지고 있다.

합성유사체

자연적으로 발생하는 Fe-S 클러스터의 합성 유추는 Holm과 [9]동료들에 의해 처음 보고되었다.티올산염과 황화물의 혼합물로 철염을 처리하면 (EtN4)2FeS44(SCPh2)4[10][11]와 같은 유도체를 얻을 수 있습니다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

  1. ^ S. J. Lippard, J. M. Berg "생물무기화학 원리" 대학 과학서적: 밀밸리, 캘리포니아; 1994. ISBN0-935702-73-3.
  2. ^ Bak, D. W.; Elliott, S. J. (2014). "Alternative FeS cluster ligands: tuning redox potentials and chemistry". Curr. Opin. Chem. Biol. 19: 50–58. doi:10.1016/j.cbpa.2013.12.015. PMID 24463764.
  3. ^ Susan C. Wang; Perry A. Frey (2007). "S-adenosylmethionine as an oxidant: the radical SAM superfamily". Trends in Biochemical Sciences. 32 (3): 101–10. doi:10.1016/j.tibs.2007.01.002. PMID 17291766.
  4. ^ Fritsch, J; Scheerer, P; Frielingsdorf, S; Kroschinsky, S; Friedrich, B; Lenz, O; Spahn, CMT (2011-10-16). "The crystal structure of an oxygen-tolerant hydrogenase uncovers a novel iron-sulphur centre". Nature. 479 (7372): 249–252. Bibcode:2011Natur.479..249F. doi:10.1038/nature10505. PMID 22002606. S2CID 4411671.
  5. ^ Shomura, Y; Yoon, KS; Nishihara, H; Higuchi, Y (2011-10-16). "Structural basis for a [4Fe-3S] cluster in the oxygen-tolerant membrane-bound [NiFe]-hydrogenase". Nature. 479 (7372): 253–256. Bibcode:2011Natur.479..253S. doi:10.1038/nature10504. PMID 22002607. S2CID 4313414.
  6. ^ Johnson D, Dean DR, Smith AD, Johnson MK (2005). "Structure, function and formation of biological iron–sulfur clusters". Annual Review of Biochemistry. 74 (1): 247–281. doi:10.1146/annurev.biochem.74.082803.133518. PMID 15952888.
  7. ^ Johnson, M.K. and Smith, A.D. (2005) 철-황 단백질, 무기화학 백과사전 (King, R.B., Ed.), 제2edn, John Wiley & Sons, Chichester.
  8. ^ Lill R, Mühlenhoff U (2005). "Iron–sulfur-protein biogenesis in eukaryotes". Trends in Biochemical Sciences. 30 (3): 133–141. doi:10.1016/j.tibs.2005.01.006. PMID 15752985.
  9. ^ T. Herskovitz; B. A. Averill; R. H. Holm; J. A. Ibers; W. D. Phillips; J. F. Weiher (1972). "Structure and Properties of a Synthetic Analogue of Bacterial Iron-Sulfur Proteins". Proceedings of the National Academy of Sciences. 69 (9): 2437–2441. Bibcode:1972PNAS...69.2437H. doi:10.1073/pnas.69.9.2437. PMC 426959. PMID 4506765.
  10. ^ Holm, R. H.; Lo, W. (2016). "Structural Conversions of Synthetic and Protein-Bound Iron-Sulfur Clusters". Chem. Rev. 116 (22): 13685–13713. doi:10.1021/acs.chemrev.6b00276. PMID 27933770.
  11. ^ Lee, S. C.; Lo, W.; Holm, R. H. (2014). "Developments in the Biomimetic Chemistry of Cubane-Type and Higher Nuclearity Iron–Sulfur Clusters". Chemical Reviews. 114 (7): 3579–3600. doi:10.1021/cr4004067. PMC 3982595. PMID 24410527.

추가 정보

외부 링크