La mercurio (II) reductasa ( EC 1.16.1.1 ), comúnmente conocida como MerA, es una enzima oxidorreductasa y flavoproteína que cataliza la reducción de Hg 2+ a Hg 0 . La mercurio (II) reductasa se encuentra en el citoplasma de muchas eubacterias [1] tanto en ambientes aeróbicos como anaeróbicos [2] y sirve para convertir iones de mercurio tóxicos en mercurio elemental relativamente inerte .
mercurio (II) reductasa | ||||||||
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Identificadores | ||||||||
CE no. | 1.16.1.1 | |||||||
No CAS. | 67880-93-7 | |||||||
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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Gene
La mercurio (II) reductasa, comúnmente conocida como MerA, está codificada en un gen estructural que se encuentra en los loci mer o como transposón 501 (Tn501). [3] Comparte la misma región promotora que las proteínas de la clase de transporte de mercurio , como MerP y MerT, y el factor regulador MerD. [1] La transcripción de MerA está regulada tanto por MerR como por MerD. [1]
Función
Los iones de mercurio libres pueden unirse a las metaloproteínas , particularmente a aquellas con residuos de cisteína , y pueden causar conformaciones incorrectas que resultan en una pérdida de función. Esto puede causar la muerte de muchas bacterias, al igual que muchos otros metales pesados, y por lo tanto, debe eliminarse de la célula o transformarse en una forma químicamente inerte. La mercurio (II) reductasa toma Hg 2+ y cataliza su reducción a Hg 0, que luego se libera de la celda en forma de vapor. El mercurio en su forma elemental no tiene la capacidad de formar complejos estables con residuos de aminoácidos en las proteínas, por lo que es menos peligroso que su forma iónica.
Mecanismo
Hg 2+ + NADPH → Hg 0 + H + + NADP +
![](http://wikiimg.tojsiabtv.com/wikipedia/commons/thumb/0/0e/Active_site_mechanism_of_mercuric_reductase.png/220px-Active_site_mechanism_of_mercuric_reductase.png)
1. Hg 2+ + 2Cys-S - → Cys-S-Hg-S-Cys
2. FAD + NADPH → FADH - + NADP +
3. Cys-S-Hg-S-Cys + FADH - → H + + Hg 0 + FAD + 2Cys-S -
Los sustratos usados en la mercurio (II) reductasa, como se muestra arriba, son Hg 2+ y NADPH . En el sitio catalítico activo de la enzima, el Hg 2+ se mantiene como un complejo con dos tiolatos de cisteína en una geometría lineal . [4] El NADPH del citoplasma de la célula se somete a una transferencia de hidruro con un FAD incrustado que forma FADH - . [4] El FADH resultante - luego reduce Hg 2+ a Hg 0 , a su vez se oxida de nuevo a FAD. [4] Después de la reducción, el mercurio se libera de la enzima en forma de vapor volátil.
La mercurio (II) reductasa no puede reducir completamente los compuestos organomercuriales como el metilmercurio . Por lo tanto, MerB escinde los enlaces carbono-mercurio a través de la protonólisis y forma un complejo de ditiolato de mercurio, sobre el cual MerB transporta el mercurio directamente a MerA para su reducción. [5]
Estructura
La forma activa de la mercurio (II) reductasa se encuentra como homodímero . [4] Tiene una conformación cuaternaria y el monómero está compuesto por dos dominios . [4]
NmerA
Uno de los dominios de la reductasa mercúrica, NmerA, tiene un pliegue estructural de βαββαβ. [6] Se une al sitio activo a través de enlazadores compuestos por alrededor de 30 aminoácidos. [6] NmerA contiene dos residuos de cisteína que funcionan en la adquisición de Hg 2+ de otras proteínas o ligandos inorgánicos como MerT y el transporte directo al sitio catalítico activo de MerA. [7] Se ha encontrado que muy pocas reductasas mercúricas (II) carecen del dominio NmerA. [6]
Sitio activo
El sitio activo de MerA consta de cuatro residuos de cisteína, un FAD y un residuo de tirosina . Cuando se une a un Hg 2+ , se forma un complejo con al menos dos tiolatos de cisteína en cualquier momento hasta su liberación. [4] Dos residuos de cisteína (Cys-136 y Cys-141) están enterrados dentro de la proteína y los otros dos residuos de cisteína (Cys-558 'y Cys-559') se encuentran cerca de la superficie cerca del extremo C terminal. [4] Los residuos de cisteína enterrados funcionan como el sitio de catálisis, mientras que los residuos de cisteína de la superficie funcionan como transporte al sitio de catálisis. [4]
Durante la transferencia de Hg 2+ al sitio catalítico activo desde los residuos de cisteína del extremo C, se forma un intermedio plano trigonal estabilizado por enlaces de hidrógeno de una molécula de agua a los tiolatos. [4] La molécula de agua se mantiene en su lugar mediante enlaces de hidrógeno del grupo hidroxilo de un residuo de tirosina cercano (Tyr-194). [4]
Transporte de mercurio
Varias proteínas ayudan a transportar mercurio a mercurio (II) reductasa. MerP, una proteína de transporte de mercurio periplásmico que se encuentra en las bacterias gram negativas , transporta el mercurio a través de la membrana externa hacia la membrana interna donde retiene el mercurio para que otra proteína se una a él y lo transporte a la mercurio (II) reductasa. [1] MerT, una proteína unida a la membrana que se encuentra en bacterias gram negativas y gram positivas , se une al mercurio flotante libre. [1] Mercurio (II) reductasa puede tomar mercurio directamente de MerT y MerP. [1]
Cuando el mercurio ingresa a la célula y no se une a una proteína de membrana, la reductasa de mercurio (II) puede transportarlo a su sitio activo por sí solo, dependiendo del tamaño de sus ligandos . [8] Si los ligandos unidos al mercurio son grandes, la mercurio (II) reductasa utiliza los residuos de cisteína del extremo C para transportar el mercurio a su sitio activo. [8] Si los ligandos son pequeños, el mercurio puede ir directamente al sitio activo para la reducción. [8] Los ligandos pueden eliminarse mediante el dominio NmerA. [8]
En el caso de los compuestos de organomercurio, MerB rompe los enlaces Hg-C y transporta el Hg a mercurio (II) reductasa. [5]
Regulación
Cuando no está unido a Hg 2+ , la reductasa de mercurio (II) actúa como una oxidasa creando peróxido de hidrógeno tóxico . [1] Por lo tanto, el exceso de enzima puede provocar la muerte bacteriana. Las bacterias desarrollaron dos proteínas reguladoras, MerR y MerD, para la mercurio (II) reductasa. [1] Hay dos regiones promotoras en los loci mer: la primera región codifica la proteína reguladora MerR, y la segunda región codifica los genes mer estructurales y el gen de la proteína reguladora MerD. Ambas regiones promotoras se superponen. [1]
MerR se une a un operador en el promotor del gen estructural mer llamado MerO. [1] Esta unión hace que el ADN de los mer loci se doble hacia donde la ARN polimerasa no puede leer la región. Sin embargo, el Hg 2+ puede unirse a MerR y cambiar alostéricamente la forma del ADN, de modo que la ARN polimerasa puede leer la región promotora de los genes estructurales. [1] Dado que ambas regiones promotoras se superponen cuando apoMerR se une a MerO, el cambio en la conformación del ADN hace que no se lean ni los genes estructurales ni los genes reguladores. Esto convierte a MerR en un autorregulador negativo . [1]
MerR forma un complejo plano trigonal estable con Hg 2+ , lo que hace que se libere mucho más tarde que cuando la mercurio (II) reductasa ha reducido todo el Hg 2+ libre en el citoplasma. [1] Por lo tanto, provoca un exceso en la producción de mercurio (II) reductasa. Para evitar este problema, MerD también se une a MerO para actuar de manera antagónica a MerR unido a Hg 2+ . [1] MerD se produce cuando MerR está activo con Hg 2+ ya que MerD está codificado en los genes mer estructurales.
Aplicaciones y usos
En los procedimientos de tratamiento de aguas residuales , el mercurio a veces se elimina del agua haciendo que el agua fluya a través de una biopelícula rica en bacterias que contienen mercurio (II) reductasa. [1]
Referencias
- ^ a b c d e f g h i j k l m n o Barkay T, Miller SM, Summers AO (junio de 2003). "Resistencia al mercurio bacteriano de los átomos a los ecosistemas" . Reseñas de Microbiología FEMS . 27 (2–3): 355–84. doi : 10.1016 / s0168-6445 (03) 00046-9 . PMID 12829275 .
- ^ Ní Chadhain SM, Schaefer JK, Crane S, Zylstra GJ, Barkay T (octubre de 2006). "Análisis de la diversidad de genes de mercurio reductasa (merA) en un enriquecimiento de sedimentos contaminados con mercurio anaeróbico". Microbiología ambiental . 8 (10): 1746–52. doi : 10.1111 / j.1462-2920.2006.01114.x . PMID 16958755 .
- ^ Moore MJ, Walsh CT (febrero de 1989). "Mutagénesis de los pares de cisteína N- y C-terminales de reductasa de iones mercúricos Tn501: consecuencias para la desintoxicación bacteriana de mercuriales". Bioquímica . 28 (3): 1183–94. doi : 10.1021 / bi00429a036 . PMID 2540817 .
- ^ a b c d e f g h yo j Lian P, Guo HB, Riccardi D, Dong A, Parks JM, Xu Q, Pai EF, Miller SM, Wei DQ, Smith JC, Guo H (noviembre de 2014). "Estructura de rayos X de un complejo de Hg2 + de mercurio reductasa (MerA) y estudio mecánico cuántico / mecánico molecular de la transferencia de Hg2 + entre el C-terminal y los pares de cisteína del sitio catalítico enterrado" . Bioquímica . 53 (46): 7211-22. doi : 10.1021 / bi500608u . PMC 4245977 . PMID 25343681 .
- ^ a b Lafrance-Vanasse J, Lefebvre M, Di Lello P, Sygusch J, Omichinski JG (enero de 2009). "Estructuras cristalinas de la organomercurial liasa MerB en sus formas libres y unidas a mercurio: conocimientos sobre el mecanismo de degradación del metilmercurio" . La revista de química biológica . 284 (2): 938–44. doi : 10.1074 / jbc.m807143200 . PMID 19004822 .
- ^ a b c Hong L, Sharp MA, Poblete S, Biehl R, Zamponi M, Szekely N, Appavou MS, Winkler RG, Nauss RE, Johs A, Parks JM, Yi Z, Cheng X, Liang L, Ohl M, Miller SM, Richter D , Gompper G, Smith JC (julio de 2014). "Estructura y dinámica de un estado compacto de una proteína multidominio, el ion mercúrico reductasa" . Revista biofísica . 107 (2): 393–400. Código bibliográfico : 2014BpJ ... 107..393H . doi : 10.1016 / j.bpj.2014.06.013 . PMC 4104034 . PMID 25028881 .
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