文摘

原核molybdoenzymes生源论是一个复杂的过程的最后一步代表插入成熟钼辅因子(岩豚鼠)折叠酶蛋白。通常,XdhC家庭所需的特定陪伴成熟molybdoenzymes黄嘌呤氧化酶家族的细菌。黄嘌呤氧化酶家族的酶具有的赤道硫配体含有钼岩豚鼠的中心。这硫配体插入墨客同时绑定到XdhC-like蛋白质和前插入到目标酶。此外,黄嘌呤氧化酶家族的酶结合的molybdopterin (Mo-MPT)形式的岩豚鼠或修改molybdopterin胞嘧啶二核苷酸辅因子(MCD)。在这两种情况下,只有成熟的代数余子式插入校对XdhC的过程。这些特定的角色XdhC-like陪伴在黄嘌呤氧化酶的酶的生物起源的家庭在细菌中。

1。介绍

钼是一种过渡金属,合并作为一种生物活性代数余子式(钼辅因子、岩豚鼠)一类广泛分布的蛋白质统称为molybdoenzymes [1]。墨客与广泛的氧化还原酶和被发现在大多数生物体从细菌到人类。岩豚鼠的金属协调蝶呤导数称为molybdopterin形成molybdenum-containing molybdopterin (Mo-MPT)代数余子式2]。各种各样的转换是由这些酶催化碳、硫和氮原子,包括氧气组或两个电子的转移或从底物。单核钼酶分类的基础上,钼的结构中心,将它们划分为三个家庭,每一个都有不同的催化活性位点结构和不同类型的反应:黄嘌呤氧化酶家族,亚硫酸盐氧化酶家族和DMSO溶液还原酶家族1)(图1)。黄嘌呤氧化酶家族的特征是一个LMo六世操作系统(OH)核心的氧化状态,与一个等效的蝶呤辅因子(指定L)协调金属。这些酶(包括黄嘌呤脱氢酶(XDH)和黄嘌呤氧化酶(XO))通常催化羟基化的碳中心(1]。亚硫酸盐氧化酶的酶家族协调一个相当于蝶呤辅因子LMo六世O2(S-Cys)核心的氧化状态(半胱氨酸配体提供的多肽)(1]。这个家庭的成员(包括亚硫酸盐氧化酶和植物硝酸还原酶)催化的氧原子转移或衬底。DMSO溶液还原酶家族是在结构和功能不同,但所有成员有两个对等的蝶呤辅因子绑定到金属。钼协调领域通常是完成一个M = O组与六分之一配体L2米六世O (X)核心(1]。六配位体,X,可以是丝氨酸,半胱氨酸,硒代半胱氨酸或氢氧化和/或水分子。这个家庭的成员经常涉及的反应催化氧原子转移,但也发生脱氢反应。在细菌,molybdoenzymes所有三个家庭的存在,真核生物只有港口molybdoenzymes的黄嘌呤氧化酶或亚硫酸盐氧化酶家族。在细菌,Mo-MPT的基本形式是一般修改附件的CMP或GMP Mo-MPT,形成molybdopterin胞嘧啶二核苷酸辅因子(MCD)或bis-molybdopterin鸟嘌呤二核苷酸辅因子(bis-MGD)(图1)[3]。墨客是完全分布式的bis-MGD形式在DMSO溶液还原酶家族的酶,MCD细菌酶辅助因子被发现的黄嘌呤氧化酶的家庭。在这个家庭中,酶包含Mo-MPT或MCD与钼的赤道硫配体协调中心(4]。


图1
岩豚鼠的生物合成和molybdoenzymes的家庭。显示方案的墨客MPT的细菌的生物合成途径。蛋白质参与反应的颜色为红色。在细菌,Mo-MPT MobA函数可以进一步修改的高度GMP MPT的磷酸基,形成MGD,和两个等价物MGD注定钼,形成所谓的bis-MGD代数余子式。黄嘌呤氧化酶的酶家族,Mo-MPT或MCD(由美国华人博物馆合成蛋白质的附件CMP Mo-MPT)可以修改通过更换一个oxo-ligand硫配体而形成mono-oxo墨客。这个反应是由一个NifS-like催化蛋白质的细菌。三个molybdenum-containing家庭分为DMSO溶液还原酶的酶,亚硫酸盐氧化酶、黄嘌呤氧化酶的家庭根据其活性部位的结构。钼中心和莫见其氧化状态六世。墨客的通项是所有不同的代数余子式的变体。

黄嘌呤氧化酶的酶家族是最好的单核molybdenum-containing酶的特征。除了少数例外,他们催化羟基化的不同类型的基质按照下列反应: 这个反应发生在钼中心,那就是,与底物相互作用后,从莫(VI)减少到莫(IV)。这两个过程中反应生成减少等价物是然后转移到外部电子受体通过一个电子转移过程由其他氧化还原代数余子式出现在蛋白质的结构。晶体结构的八这个家庭的成员已经被报道脱磷孤菌属牡蛎醛氧化还原酶(DgAOR) [5),脱磷孤菌属desulfuricans醛氧化还原酶(DdAOR) [6),牛黄嘌呤氧化还原酶(bXOR) [7),Rhodobacter capsulatus黄嘌呤脱氢酶(RcXDH,图2)[8),假单胞菌putida喹啉2-oxidoreductase (PpQOR) [9),Thauera aromatica4-hydroxylbenzoyl-CoA还原酶(Ta 4-HBCR) (10)和一氧化碳脱氢酶(CODH)Oligotropha carboxidovorans(11),Hydrogenophaga pseudoflava(12]。而bXOR和RcXDH包含Mo-MPT,所有其他固定细菌酶被确定绑定MCD [13]。大多数的这些酶(除了4-Hydroxybenzoyl-CoA还原酶)是复杂metalloflavoproteins包含两个不恒等的2价铁簇,时尚,和岩豚鼠催化地代理单位(图2)[14]。相比之下,CODH催化不同的反应所示(1),转换有限公司有限公司2没有乳沟的CH键,显示了一个从未被观察到的活性部位molybdoenzymes包含蝶呤辅因子(15]。这包括一个双核的heterometal [CuSMoO2)集群中钼和铜离子硫配体桥接。CO氧化的能量来源的原核生物多样性和全球碳循环中是一个重要的过程。酶CODH催化CO氧化产生二氧化碳和水,两个电子和两个质子15]。电子转移到一个电子传递链,用于生成一个质子跨膜梯度。

(一)
(一)
(b)
(b)
图2
整体的结构和代数余子式的安排r . capsulatusXDH。r . capsulatusXDH形式(αβ)2heterotetramer。XdhA亚基是浅绿色和淡蓝色XdhB亚基在黑暗的绿色和深蓝色。[2 fe-2s]和时尚XdhA代数余子式和岩豚鼠的XdhB显示为维空间模型。墨客深深埋在XdhB亚基只是通过substrate-binding通道来访问。也显示是岩豚鼠的协调和FeSI, FeSII和时尚的活性部位r . capsulatusXDH XDH反应催化。使用坐标的结构生成蛋白质数据银行(1号加入jro)。

黄嘌呤氧化还原酶(XOR;可以分裂成XDH、EC 1.17.1.4 XO, EC 1.17.3.2)和醛氧化酶(AO;EC 1.2.3.1)是最好的特点是黄嘌呤氧化酶家族成员(14,16]。XOR许多报道的对象,一直被公认为嘌呤的分解代谢的关键酶(图2),黄嘌呤氧化次黄嘌呤和黄嘌呤终端分解代谢物,尿酸,同时减少河畔+(XDH)或O2(XO) [17,18]。xor感兴趣的医学,因为这种酶系统在人类与痛风和高尿酸血,和它的活动负责postischaemic再灌注损伤。在细菌中,尿酸在大多数情况下是进一步降解尿素水解NH4+和有限公司2因此可以作为氮和/或碳源(19]。结果表明,r . capsulatus有能力利用嘌呤作为唯一氮源(19]。虽然XOR的生化功能完善,AO的生化和生理功能在很大程度上仍然模糊。AO和XOR蛋白质之间相似性的总体水平大约是50%,这清楚地表明,两种蛋白质起源于一个共同的祖先的前体(14]。在人类中,单一的单基因缺陷AO尚未被描述。AO的特点是广泛的底物特异性,这使得它成为一个重要的酶代谢的药物和外源性物质。DgAOR的生理作用提出了与退化polyglucose [5]。同时,与其他molybdo-flavoenzymes DgAOR缺乏时尚领域(5]。细菌AOR可以偏爱芳香醛、如图所示为醛氧化还原酶PaoABC大肠杆菌(20.]。PaoABC的生理作用大肠杆菌已经建议催化芳香醛的解毒相应减少有毒酸在周质20.]。

几个molybdoenzymes的晶体结构显示,墨客深深埋在蛋白质,最后只给访问漏斗状通道的衬底(21)(图2)。这意味着特定的要求为每个molybdoenzyme陪伴,促进岩豚鼠的插入。为r . capsulatusXDH, XdhC蛋白质不仅被确认参与墨客绑定和终端硫配体的形成,但也证明是参与最后的折叠和成熟apo-XDH墨客插入后(22]。在原核生物中,一些特定的陪伴,也对DMSO溶液还原酶家族的成员,像托德大肠杆菌和氧化三甲胺(TMAO)还原酶或NarJ(托)大肠杆菌硝酸还原酶(NarGHI) (23- - - - - -26]。本文将重点讨论中涉及的分子伴侣’成熟的黄嘌呤氧化酶家族的酶的细菌。最后,一个简短的比较真核系统。

2。在细菌基因组中,结构基因编码为黄嘌呤氧化酶家族成员和分子伴侣’是集群

为r . capsulatusXDH,两个基因,xdhA和xdhB,编码多肽的活性的酶(19]。XdhA显示绑定时尚代数余子式和两个[2价铁)集群,和XdhB绑定Mo-MPT(图所示2)[8]。立即的下游xdhB,第三个基因被确定,指定xdhC,这是cotranscribedxdhAB(图3)。Interposon诱变显示xdhC基因产物是XDH所需的活动(22]。然而,活跃XDH XdhC不是一个亚基,形成一个(αβ)2异质二聚体在r . capsulatus(图2)。结果表明:XdhC转录监管机构的操作也很简单xdh基因表达也不影响XDH稳定。缺乏从XDH Mo-MPT孤立的r . capsulatus xdhC突变菌株表明XdhC可能是一个特定的女伴促进Mo-MPT插入XDH [22]。


图3
和组织的操纵子包括概述图xdhC例如基因。显示不同的操纵子编码的操纵子组织molybdoenzymes黄嘌呤氧化酶家族的不同的细菌。操纵子的特征molybdoenzymes被标记为蓝色,用红色突出显示的是预测基因编码XdhC同系物,绿色是公认的MocA-homologues基因标记,标志着白色的开放阅读框编码蛋白质不同的(或不分配)的角色。CODH操纵子结构编码,蓝点显示预测启动子序列作为发表的圣地亚哥et al。27]。

基因相似r . capsulatus xdhC也被发现在许多其他原核生物。在某些情况下,一个类似的操纵子组织相比,一个礼物r . capsulatusXDH被确认。然而,到目前为止,r . capsulatusXdhC是唯一的家庭成员已在基因水平和蛋白水平(28]。

铜绿假单胞菌包含一个xdh操纵子基因组成xdhABC中确定的r . capsulatus(图3)。在这里,还xdhAB代码的结构基因与类似的亚基组成XDH确认r . capsulatusXDH。的一个重要的角色铜绿假单胞菌XdhC XDH尚未被证实,例如,通过interposon诱变或纯化的蛋白质。然而,对于铜绿假单胞菌XdhC,表明coexpression与xdhAB结构基因Comamonas acidovorans在一个不同的系统大肠杆菌导致的生产积极XDH [29日]。在缺乏铜绿假单胞菌XdhC低Mo-MPT内容被确定在纯化蛋白29日]。这提出了一个类似的角色铜绿假单胞菌XdhC Mo-MPT插入和XDH成熟如图所示r . capsulatusXdhC。

在大肠杆菌,周质的醛氧化还原酶的基因簇组成paoABCD(图3)。的paoABC基因编码的三个子单元三聚物的醛氧化还原酶,与PaoA绑定两个截然不同的2价铁簇,PaoB绑定时尚和PaoC包含MCD [20.]。PaoD预计参与MCD绑定,成熟,并插入到PaoC,因为表达paoABC在缺乏paoD基因会导致不活跃的和不稳定的PaoABC蛋白质缺乏MCD [20.]。两个额外的开放阅读框架已确定大肠杆菌、编码为XDH同系物,xdhABC和xdhD(19,30.,31日]。虽然都是预测XDH活动,XdhC同系物不是cotranscribed与这些基因(图3)。然而,第二个XdhC同系物已被确认大肠杆菌,指定YqeB组织在基因组中一个转录单位。还有待阐明YqeB是否XdhC-like伴侣共享大肠杆菌XdhD XdhABC。

三个基因,coxL,coxM,考克斯(对于大型、中型和小型子单元)编码的多肽CODH酶o . carboxidovoransOM5(图3)[27]。两个heterotrimers,每个组成一个CoxL CoxM,和考克斯亚基结合形成一个功能的有氧CODH酶。大亚基包含岩豚鼠、介质亚基结合时尚,和小亚基有两个(2价铁)集群(11]。除了这三个基因外,其他一些附属基因也被确定(CoxB、CoxC CoxH, CoxD,唐•CoxF, CoxG, CoxI,和CoxK),被认为是需要过程的监管、转译后的修改和锚固CODH复杂的细胞质膜。许多这些配件是膜结合蛋白基因(CoxB, CoxC、CoxH CoxK),包含几个跨膜螺旋,而事实上,o . carboxidovoransOM5, CODH酶本身已经观察到与内部细胞质膜(27]。通过序列分析,几个发起人中带注释的基因区域包含12个基因对于carboxidotrophic利用率(图3)[27]。CoxD被证实是一个MoxR-like AAA + atp酶具有预测功能的逐步引入硫[CuSMoO和铜2)中心的酶(32]。CoxF CoxI并没有的角色特征,但两个蛋白质共享氨基酸同源性r . capsulatusXdhC(图4)。


图4
XdhC-like蛋白质的氨基酸序列比对不同的细菌。显示是XdhC-like蛋白质的氨基酸序列比对组织在操纵子结构(从图中1)r . capsulatus(钢筋混凝土XdhC),大肠杆菌(电子商务PaoD),铜绿假单胞菌(巴勒斯坦权力机构XdhC),o . carboxidovorans(OcCoxF,OcCoxI),答:nitroguajacolicus(一个XdhC),枯草芽孢杆菌(废话普佳)。一个高度保守的半胱氨酸残基出现在所有XdhC-like蛋白质用红色突出显示。盒装黑色相同的氨基酸,氨基酸同源在灰色的阴影。氨基酸序列比对进行使用Boxshade使用ClustalW和可视化。

相比之下,该组织的枯草芽孢杆菌举办的操纵子基因XdhC同系物的不同,普佳位于上游的基因结构pucCDE编码为一个XDH-like蛋白质(图3)[33]。的下游普佳,pucB基因是编码一个同系物CTP: molybdopterin cytidylyltransferase MocA参与MCD生物合成(添加Mo-MPT CMP一半,34)(图1)。的淘汰赛普佳和pucB在枯草芽孢杆菌减少经济增长对次黄嘌呤和鸟苷作为氮源,而不影响增长在氨或尿酸(33]。普佳没有纯化或特征分子水平到目前为止。

在节细菌属nitroguajacolicus,一个线性分解质粒含有103开放阅读框架展示了负责喹哪啶退化(35]。包含操纵子的质粒qoxMLS编码的MCD-containing喹哪啶脱氢酶(QoxM-binding MCD QoxL-binding时尚,和QoxS-binding 2(2价铁)集群)。立即XdhC同系物位于下游的QoxMLS [35]。的qoxMLS喹哪啶脱氢酶基因克隆到表达载体和引入p . putidaKT2440,导致生产积极喹哪啶脱氢酶(35]。这表明,p . putidaXdhC同系物功能能够将MCD代数余子式插入答:nitroguajacolicusQoxM。无论是p . putida也没有答:nitroguajacolicusXdhC同系物在分子水平上的特点。

图4显示了一个XdhC-like蛋白质编码的氨基酸序列比对这些操纵子的结构。从氨基酸序列比对,它变得明显,整个序列的身份XdhC-like蛋白质从不同的细菌不高(-30% ~ 15%)。只有很少的高度保守的蛋白质存在于所有XdhC-like氨基酸。然而,一个通过几乎所有XdhC-like半胱氨酸残基是守恒的蛋白质存在于数据库中,这对应于82年半胱氨酸r . capsulatusXdhC(用红色突出显示的图4)。

3所示。系统发育的角度XdhC大家庭的一员

XdhC家族的蛋白质包含数百个成员细菌和古细菌的蛋白质,但不存在于真核基因组同源序列。而等生物r . capsulatus只包含一个XdhC同系物,大量的生物Rhodobacter sphaeroides或大肠杆菌包含两个或两个以上XdhC同系物。XdhC同系物也出现在毒株特异性megaplasmids所需代谢途径的确定对喹哪啶退化答:nitroguajacolicusRu61a [35]。正如上面所讨论的,xdhC可以在操纵子基因结构与各自的结构基因编码的一员黄嘌呤氧化酶家族(图5,以粗体显示)。在一些生物,基因组织确定的基因编码XdhC同系物与基因cotranscribed墨客生物合成(图的必要条件5、下划线)。


图5
系统发育树XdhC同系物。蛋白质的发展史XdhC同系物基于一个完整的序列比对。树是由neighbor-joining方法构造一个矩阵的估计数量的氨基酸替换每个站点计算Phylip Dayhoff选项。数字附近分支显示引导比例为100副本使用相同的方法。比例尺显示0.1替换网站。细菌XdhC同系物(部分)操纵子特征明显的红色,XdhC同系物从古生菌被标记为蓝色,如果几个XdhC同系物存在于一个基因组,它们是H1, H2, H3;类:b:细菌;c:梭状芽胞杆菌;α:Alphaproteobacteria;β:Betaproteobacteria;γ:Gammaproteobacteria;δ:Deltaproteobacteria;行动:放线菌;佛罗里达州:Flavobacteria;晕:Halobacteria;其他:Thermoprotei。强调XdhC同系物是一个操纵子编码的一部分墨客生物合成蛋白质,XdhC同系物粗体molybdoenzyme操纵子编码的一部分,假定的molybdoenzyme合作伙伴带注释的基于全长序列比对的墨客绑定单元和活性部位的氨基酸的比较:PaoC同系物(满广场),XOR同系物(露天广场),CoxL / CutL同系物(满星),异喹啉1-oxidoreductase同系物(实心圆)和喹哪啶4-oxidase(满钻石)。

从系统发育树明显,XdhC同系物的XOR操纵子在不同【词头和放线菌是集群。这些包括XdhCr . capsulatusXDH和铜绿假单胞菌XDH,既包含Mo-MPT岩豚鼠的形式。相比之下,普佳的女伴枯草芽孢杆菌XDH [33),形成一个集群有明显XdhC同系物在不同芽孢杆菌菌株。序列比对和Moco-containing子单元的系统发育分析表明,这些XDH同系物可能包含MCD岩豚鼠的形式。因此,Mo-MPT和MCD-containing XDHs和各自的陪伴可能起源于一个共同的祖先,但在进化过程中独立进化。

操纵子组织的墨客女伴和molybdoenzyme伙伴,例如,就像在r . capsulatus xdhABC(19,22]或大肠杆菌paoABCD(20.),可能表明XdhC PaoD的系统特定的分子伴侣’r . capsulatusXDH和大肠杆菌分别调整优势。其他XdhC同系物,包括大肠杆菌YqeB,不组织与一个特定的molybdoenzyme一个操纵子的结构,可能代表示例Moco-inserting监护人负责几个molybdoenzyme伙伴。例子包括黄杆菌属Gramella forsetii在XdhC同系物是一个操纵子的一部分包含两个假定的molybdoenzymes和一些假定的墨客生物合成蛋白质。一个类似的组织存在的megaplasmid pA01节细菌属nicotinovorans其中包括尼古丁脱氢酶基因和酮脱氢酶(36]。这个megaplasmid包含一个单身xdhC基因是cotranscribed美国华人博物馆基因(37]。因为角色的详细分析这些XdhC同系物几个molybdoenzymes尚未详细分析,共享这些陪伴几个molybdoenzymes仍然投机的作用。

一个更复杂的组织存在o . carboxidovorans。的考克斯基因簇的o . carboxidovoransmegaplasmid pHCG3编码两个XdhC同系物,coxF和coxI(图3)[27]。而这些同系物的确切作用还有待阐明(38),系统发育分析表明,CoxF更类似于XdhC同系物中发现其他公认的CODH操纵子和CoxI节目最高相似大肠杆菌PaoD。此外,的基因组o . carboxidovorans包含两个额外的XdhC基因组同系物,cotranscribed基因的假定的XDH,另一个位于一个操纵子MocA同系物。

4所示。没有XdhC影响Molybdopartner的成熟

迄今为止,一个详细描述只执行了r . capsulatusXdhC [22,28]。XDH XdhC的分析功能r . capsulatus从一个,不活跃的XDH纯化r . capsulatus xdhC突变株(22,28]。分析钼这种酶的辅因子的内容表明,在缺乏XdhC,没有出现在Mo-MPT代数余子式XdhAB heterotetramer。相比之下,吸收光谱的不活跃的XDH孤立xdhC突变体显示iron-sulfur集群和黄素腺嘌呤二核苷酸的存在,证明XdhC不需要插入这些代数余子式。在缺乏Mo-MPT, XdhC仍然与活动相关的XDH异质二聚体缺乏Mo-MPT [22,28]。此外,不同的系统的表达r . capsulatusXDH在大肠杆菌成立(39]。在这里,r . capsulatus xdhABC基因coexpressed在大肠杆菌,导致生产100%的活跃XDH包含一个完整的赤道莫= S配体(40]。在缺乏XdhC, Mo-MPT插入XDH大肠杆菌;然而,赤道的内容可大大降低钼硫配体(28]。这意味着XdhC参与Mo-MPT的成熟的代数余子式的赤道硫配体插入到前XDH酶蛋白(如r . capsulatus)。

的大肠杆菌菌株用于本研究包含的删除mobAB基因参与bis-MGD形成(41),导致的积累Mo-MPT unphysiological高浓度。因此,相信Mo-MPT是“插入r . capsulatusXDH在大肠杆菌在表达可能由于Mo-MPT的积累。是否一个大肠杆菌XdhC-like蛋白质能够Mo-MPT插入r . capsulatusXDH到目前为止还没有被调查。在大肠杆菌,墨客硫化的水平大大依赖于氧浓度,因为大量的含硫的墨客在XDH很大程度上减少曝气高的表达式的文化(28]。这意味着在墨客硫化XdhC的保护作用。也发现了类似的结果c . acidovoransXDH表达大肠杆菌(29日]。

XdhC的特性,蛋白质纯化后不同的表达式大肠杆菌(28]。纯化蛋白的鉴定表明,XdhC是二聚体解和纯化蛋白能够结合化学计量的Mo-MPT或MPT,离解常数 μM和 μ米,分别28]。它也表明,XdhC-bound Mo-MPT可以插入Moco-free apo-XDH。蛋白质相互作用分析表明,XdhC专门与XDH XdhB亚基的Mo-MPT插入(28]。的紧密互动XdhC XdhB强调特定角色的XdhC XDH成熟。分析的作用高度保守的半胱氨酸残基Cys82r . capsulatusXdhC,定点诱变进行交换Cys82丙氨酸。不幸的是,所有试图净化XdhC-C82A变体失败,因为这种蛋白质变异是高度不稳定和沉淀完全净化(未发表的结果)。

5。形成含硫的墨客

调查显示,XdhC结合Mo-MPT,由MoeA /分公司在细胞[42,43),保护它免受氧化直至终端硫配体插入。到目前为止,蛋白质与特定的墨客sulfurase活动被确定在许多真核生物。第一份报告是由Wahl et al。44描述的一个突变黑腹果蝇栗色例如轨迹(ma-l)受损XDH和AO的活动,而亚硫酸盐氧化酶的活性仍不受影响45]。真核墨客sulfurase两个域蛋白质的n端结构域显示同源性细菌l desulfurase NifS家族(提到过2.8.1.7)和c端域Moco-binding属性(46,47),然而,没有同源性细菌XdhC家庭。一般来说,半胱氨酸desulfurase homodimeric蛋白质利用吡哆醛5-phosphate (PLP)催化还原消除硫从半胱氨酸,导致丙氨酸的形成和一个enzyme-bound半胱氨酸过硫化物中间(48]。r . capsulatus和大肠杆菌包含多个半胱氨酸desulfurase可以充当硫磺硫化的捐赠者墨客在这些细菌系统。的大肠杆菌半胱氨酸desulfurase isc, CsdA,进而49),r . capsulatus同系物命名NifS固氮酶(具体),NifS2, NifS3, NifS4 [50]。

三个特定的角色r . capsulatus半胱氨酸desulfurase NifS2、NifS3 NifS4之前没有分配。Interposon诱变的nifS2,nifS3,nifS4基因显示nifS2菌株显示没有特别XDH表型nifS3和nifS4显然是必不可少的的可行性r . capsulatus(50]。识别特定的半胱氨酸desulfurase岩豚鼠的硫化r . capsulatus,直接大肠杆菌二者混合屏幕应用和互动合作伙伴发现验证了表面等离子体共振(SPR)测量使用纯化的蛋白质。的半胱氨酸desulfurase NifS4r . capsulatus被专门与XdhC离解常数为0.64μ米(50]。是确定NifS4硫磺的墨客虽然必将XdhC。交互的NifS4 XDH被排除在外。因此,XdhC-NifS4一对可以被认为是原核与真核生物中的特定墨客硫酸酯酶识别。然而,由于interposon诱变nifS4不成功,相应的蛋白质似乎一个额外的角色在细胞中的另一个重要的硫转移途径。NifS4动员从半胱氨酸硫形成蛋白结合的过硫化物硫中间和转移这进一步XdhC-bound墨客。这个反应被证明是更有效的化学硫化墨客使用硫化作为硫源。进一步的研究清楚地表明,岩豚鼠是含硫的前插入XDH,虽然它是XdhC绑定。

6。插入一个模型的含硫的墨客Molybdoenzymes和成熟

XDH的装配是一个高度有序的过程,涉及的合成XdhA XdhB子单元,单元的二聚,FeSI的插入,FeSII,和时尚XdhA单元,两个二聚作用(αβ通过XdhB亚基)二聚体,最后,插入的含硫的墨客XdhB,导致一个活跃的酶(图6)[51]。另外岩豚鼠的生物合成是一个复杂的过程,涉及十多个不同的蛋白质(52,53的插入),含硫的墨客的XdhC蛋白质XDH成熟的最后一步22]。


图6
模型的角色XdhC组装的r . capsulatusXDH。的组装r . capsulatusXDH包括合成XdhA XdhB子单元,两个亚基的二聚,FeSI的插入,FeSII,和时尚XdhA单元,两个二聚作用(αβ)通过XdhB亚基形成二聚体Moco-free apo-XDH,最后,插入的含硫的墨客XdhC。Mo-MPT由钼插入MPT催化莫卡和MoeA和可以进一步被转换成bis-MGD MobA蛋白质。建议MoeA /分公司/ MobA和XdhC形成一个复杂的细胞中。XdhC结合Mo-MPT,赤道莫= S插入墨客之前纳入XDH NifS4 sulfurtransferase功能的蛋白质。XdhC保护墨客从氧化和与XDH墨客插入。

岩豚鼠产生从MPT MogA-MoeA复杂,催化的ATP-dependent结扎钼原子MPT(图6)[54,55]。合成Mo-MPT MobA可以随后被转移,将它转换成bis-MGD(插入DMSO溶液还原酶家族的酶)(56),或者XdhC,形成岩豚鼠的含硫的形式通过外汇的oxoligand硫(插入XDH)。XdhC与MobA相互作用,从而抑制墨客MobA[的转移43]。此外,相信XdhC这个复杂的分离与提取l -半胱氨酸的desulfurase NifS4。NifS4直接与XdhC交互和交流赤道氧配体特别是硫配体。这个反应的硫来源于半胱氨酸和一群过硫化物形成NifS4过程中反应。进一步,XdhC使分离后NifS4硫化反应与XdhB进行交互。目前的结果r . capsulatusXDH证明二聚作用通过β子单元需要稳定的蛋白质,蛋白质结构适合墨客插入(51]。由于XdhC是一个二聚体本身,它建议XdhC二聚体与XdhB二聚体同时插入成熟和含硫的Mo-MPT XdhB的活动网站(图6)。插入的含硫的墨客XDH是严格的监管r . capsulatus,因为在活的有机体内dioxo-Moco不是插入XDH [28]。这一步的控制模式迄今为止还没有被确认。这个反应后,XDH正确折叠和深受XdhC与复杂。自XdhC非常不稳定岩豚鼠的缺席,相信在执行插入反应之后,XdhC细胞退化。

因此,XdhC执行一些控制反应:(i),以确保岩豚鼠由交互与含硫的半胱氨酸desulfurase NifS4 [50]之前插入XDH和(2)插入含硫的墨客形成(αβ)2heterotetramer XDH。因为墨客深深埋在蛋白质,也相信XdhC作为一个伴侣蛋白参与适当的折叠XDH墨客插入后(22]。模型表明,apo-XDH存在于一个墨客主管“开放”构象,直到插入含硫的墨客插入反应后,蛋白质适应最后活跃的“封闭”构象,这是不能接受墨客(图6)。

7所示。在真核生物功能性XdhC同系物

真核墨客sulfurase两个域蛋白质包含一个蛋白质域与半胱氨酸desulfurase同源性和第二个蛋白质域属于总科β-strand-rich域,名叫MOSC域(57]。这些MOSC域蛋白含有一个绝对守恒的半胱氨酸残基的特征。MOSC域预测是硫磺运输船域接收的硫抽象提取l -半胱氨酸PLP-dependent desulfurase域的半胱氨酸残基,并将其形成,例如,含硫的墨客的墨客sulfurase [57]。细菌的同系物MOSC总科也确认,如大肠杆菌YiiM蛋白(58),和一个四直接同源YiiM /等各种细菌的基因组存在α- - -γ变形菌门和革兰氏阳性细菌57]。的大肠杆菌YiiM蛋白的特点是参与解毒6-N-hydroxylaminopurine腺嘌呤,途径取决于存在活跃墨客(58]。它可以清楚地表明,YiiM的角色是不同的形成含硫的墨客黄嘌呤氧化酶的酶家族(58]。然而,精确的角色和岩豚鼠的参与YiiM反应还有待阐明。

目前最好的真核墨客sulfurase ABA3从特征拟南芥(59,60]。ABA3由氨基端NifS-like域和c端MOSC域。半胱氨酸desulfurase ABA3活动和硫转移酶活动的证明是必不可少的AO的活动,参与脱落酸(ABA)植物的生物合成。有人建议过硫化物硫是ABA3 NifS-like域的转移到岩豚鼠在AO的植物60]。最近的研究表明,c端MOSC域能够绑定墨客1:1比例的离解常数 μ米,这意味着ABA3代表的糖基的功能同系物XdhC细菌(61年]。此外,它表明,墨客绑定在ABA3含硫的形式存在。然而,在细菌的情况相反,Wollers et al。61年]建议的角色ABA3糖激活XDH和AO转译后的发生,插入后Mo-MPT这些酶。得到证据支持这一假设的实验显示,这些酶的活性ABA3糖基突变提取物(sir3-3是增加了一种化学物质,nonenzymatical硫化过程。这意味着AO植物中存在于磺基和desulfo形式,它可以通过ABA3转译后的被激活。因此,在植物、AO和XDH仍不活跃,直到其中一个氧配体被一个硫原子由ABA3所取代。通过这种机制,建议工厂能够迅速增加AO和XDH没有的活动新创载脂蛋白的合成,代表一种机制的快速转译后的监管(59,61年]。不幸的是,作者没有考虑的可能性sir3-3 ABA3插入突变体,nonsulfurated岩豚鼠“AO。Bittner模型的组后,仍有待阐明AO和XDH收到他们的含硫的墨客。在植物AO和XDH,这可以发生交换的含硫的nonsulfurated墨客ABA3援助或者交换只sulfide-ligand。两种模型在很大程度上不同于系统的细菌,在质量控制机制保证只含硫的墨客插入黄嘌呤氧化酶的酶家族,和转译后的酶活性调节通过硫化水平不发生。在插入后细菌,含硫的墨客深深埋进酶,这种酶是正确折叠。因此,真核墨客sulfurase必须已经开发出一种系统的演变不全酶提取的岩豚鼠或者硫磺的墨客同时绑定到目标酶。这表明类似的功能,真核和原核系统必须独立进化而来的。

8。结束语

本文强调了细菌的关键角色XdhC家庭系统特定的监护人的墨客修改和插入黄嘌呤氧化酶的酶家族。由于缺乏其他XdhC-like蛋白信息,本文主要关注的角色r . capsulatusXdhC XDH。然而,序列相似性和基因的基础上组织在其他细菌,我们相信r . capsulatusXdhC代表一个大家庭XdhC-like蛋白质执行相同的功能的特定molybdoenzyme伙伴。这些特定分子XdhC-like监护人参与后期的墨客生物合成步骤保护Mo-MPT对氧化最终成熟一步,赤道的交换氧配体在密苏里州中心对硫化。所有XdhC-like蛋白质含有高度保守的半胱氨酸残基,这可能会执行一个类似的功能的守恒的半胱氨酸MOSC-like真核墨客硫酸酯酶的域。到目前为止,这个半胱氨酸残基的作用在两个系统并不完全清楚。它可以充当sulfur-transferring半胱氨酸形成过硫化物的反应,但它也可以作为配体与蛋白结合的Mo-MPT,因此,稳定绑定岩豚鼠或代表一个配体生成一个电子环境,促进了硫/氧气交换反应。合成后mono-oxo墨客,代数余子式是插入到目标酶。最终,XdhC家族的蛋白质必须明确识别和与靶蛋白作用的合作伙伴。在apomolybdoenzyme的成熟一步,XdhC必须稳定主管状态酶蛋白的代数余子式插入。成熟的墨客插入酶的催化部位,在它的最终形式,深深埋在酶。molybdoenzyme的最终折叠后,XdhC执行其角色和酶活性,因此不再需要分离holomolybdoenzyme。 In total, these XdhC proteins perform versatile roles for Moco and molybdoenzyme maturation, involving the interaction with different proteins, which has to be highly specific. Attempts to solve the crystal structure of XdhC are under investigation, which will shed light into the interaction sites and Moco binding site of this protein. In eukaryotes, functional homologues to XdhC exist, which have further evolved from this system and are fused to one interaction partner, the L-cysteine desulfurase which forms sulfurated Mo-MPT. Further investigations will clarify whether the C-terminal MOSC domain of eukaryotic Moco sulfurase performs a similar role like XdhC in bacteria. In total, the XdhC family represents an exquisite model to study the maturation of molybdoenzymes.

确认

这项工作是由德意志Forschungsgemeinschaft连续资助,由德意志讲述程序,和卓越的集群“催化统一概念”协调柏林技术大学。作者感谢k v Rajagopalan(杜克大学),他不断的支持。