La hidrogenasa 5,10-methenyltetrahydromethanopterin (o Hmd ), el llamado hierro-azufre libre-cluster hidrogenasa , es una enzima encontrada en metanogénicas archea como Methanothermobacter marburgensis . Fue descubierto y caracterizado por primera vez por el grupo Thauer en el Instituto Max Planck en Marburg. Las hidrogenasas son enzimas que reducen los protones u oxidan el dihidrógeno molecular. [1]
5,10-meteniltetrahidrometanopterina hidrogenasa | ||||||||
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Identificadores | ||||||||
CE no. | 1.12.98.2 | |||||||
No CAS. | 100357-01-5 | |||||||
Bases de datos | ||||||||
IntEnz | Vista IntEnz | |||||||
BRENDA | Entrada BRENDA | |||||||
FÁCIL | NiceZyme vista | |||||||
KEGG | Entrada KEGG | |||||||
MetaCyc | camino metabólico | |||||||
PRIAM | perfil | |||||||
Estructuras PDB | RCSB PDB PDBe PDBsum | |||||||
Ontología de genes | AmiGO / QuickGO | |||||||
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N5, N10-metilen-tetrahidrometanopterina deshidrogenasa formadora de H2 | ||||||||
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Identificadores | ||||||||
Símbolo | HMD | |||||||
Pfam | PF03201 | |||||||
InterPro | IPR004889 | |||||||
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Función enzimática
Los metanógenos dependen de tales enzimas para catalizar la reducción de CO 2 a metano . Un paso en la metanogénesis implica la conversión de un grupo metenilo (estado de oxidación del ácido fórmico) en un grupo metileno (estado de oxidación del formaldehído).
Entre la familia de enzimas hidrogenasas, la Hmd es única porque no reduce directamente el CO 2 a CH 4 . El sustrato natural de la enzima es el compuesto orgánico meteniltetrahidrometanopterina. [2] El compuesto orgánico incluye un grupo metenilo unido a dos amidas terciarias . El grupo metenilo se originó como CO 2 antes de incorporarse al sustrato, que se reduce catalíticamente por H 2 a metilentetrahidrometanopterina como se muestra. [3] Finalmente, el grupo metileno se reduce aún más y se libera como una molécula de metano.
El hidruro de transferencia también se ha demostrado que es estereoespecífica . Dado que el sustrato es plano, el hidruro procedente de H 2 siempre se añade a la cara pro-R. En la reacción inversa, se mantiene la estereoespecificidad y se elimina el hidruro resaltado. [1]
Propiedades fisicas y quimicas
Hmd Holoenzima
La holoenzima Hmd incluye la proteína homodímera así como su cofactor asociado que contiene hierro. Se han caracterizado varias especies de metanógenos que expresan enzimas de la familia de las hidrogenasas Hmd. Entre especies, la enzima se encuentra con diferentes números de subunidades y algunas variaciones menores en la secuencia de aminoácidos. El monómero tiene una masa de aproximadamente 45.000 Da, aunque este valor varía de una especie a otra. [2]
La actividad enzimática de la enzima se pierde con la exposición a la luz solar o UV. La fotólisis provoca la liberación de un átomo de hierro y dos moléculas de monóxido de carbono. En la holoenzima, las moléculas de Fe y CO se encuentran asociadas con un cofactor de 542 Da. [4]
Co-factor que contiene hierro hmd
El cofactor que contiene hierro se encuentra estrechamente asociado con la proteína. Puede liberarse tras la desnaturalización con 2-mercaptoetanol o clorhidrato de guanidina . La expresión del gen Hmd en E. coli sin el cofactor da como resultado una holoenzima inactiva. Sin embargo, la actividad de hidrogenasa se puede rescatar mediante la adición del cofactor que contiene hierro tomado de la enzima activa desnaturalizada. [1]
Como se mencionó, la irradiación del cofactor con luz ultravioleta da como resultado la pérdida de CO y Fe. Además, el compuesto de 542 Da puede degradarse aún más mediante una fosfodiesterasa (que escinde específicamente los enlaces fosfato). La hidrólisis de los enlaces fosfato genera el ribonucleótido guanina monofosfato y una 2-piridona modificada . Sobre la base de la caracterización espectroscópica, Shima et al. han propuesto una estructura para este cofactor orgánico (menos el átomo de hierro y las moléculas de CO) como se muestra: [4]
Aunque se desconoce el mecanismo por el cual actúa Hmd, el cofactor que contiene hierro es en parte responsable de la actividad catalítica. Las altas concentraciones de CO también inhiben la enzima, lo que implica al hierro como el centro de la catálisis. Se ha propuesto que las funciones de hierro para unir H 2 y la methenyltetrahydromethanopterin sustrato, la organización de estos dos reactivos en las proximidades. [1]
Referencias
- ↑ a b c d Shima S, Thauer RK (2007). "Un tercer tipo de hidrogenasa que cataliza la activación de H2". El registro químico . 7 (1): 37–46. doi : 10.1002 / tcr.20111 . PMID 17304591 .
- ^ a b "EC 1.12.98.2 - 5,10-meteniltetrahidrometanopterina hidrogenasa" . BRENDA: el completo sistema de información sobre enzimas . Technische Universität Braunschweig.
- ^ Lyon EJ, Shima S, Buurman G, Chowdhuri S, Batschauer A, Steinbach K, Thauer RK (enero de 2004). "Inactivación UV-A / luz azul de la hidrogenasa 'libre de metales' (Hmd) de arqueas metanogénicas" . EUR. J. Biochem . 271 (1): 195-204. doi : 10.1046 / j.1432-1033.2003.03920.x . PMID 14686932 .
- ^ a b Shima S, Lyon EJ, Sordel-Klippert M, Kauss M, Kahnt J, Thauer RK, Steinbach K, Xie X, Verdier L, Griesinger C (mayo de 2004). "El cofactor de la hidrogenasa libre de clúster hierro-azufre hmd: estructura del producto de inactivación de la luz". Angew. Chem. En t. Ed. Engl . 43 (19): 2547–51. doi : 10.1002 / anie.200353763 . PMID 15127449 .
Otras lecturas
- Blaut M (1994). "Metabolismo de los metanógenos". Antonie van Leeuwenhoek . 66 (1-3): 187-208. doi : 10.1007 / BF00871639 . PMID 7747931 . S2CID 23706408 .
- Karyakin AA, Varfolomeev SD (1986). "Propiedades catalíticas de las hidrogenasas". Reseñas de productos químicos rusos . 55 (9): 867–882. Código Bibliográfico : 1986RuCRv..55..867K . doi : 10.1070 / rc1986v055n09abeh003228 .