Феррик-хелатредуктаза

В энзимологии феррик -хелатредуктаза ( EC 1.16.1.7) — это фермент , катализирующий химическую реакцию

2 Fe(II) + НАД ⁺ 2 Fe(III) + НАДН + H ⁺${\displaystyle \rightleftharpoons}$

Таким образом, двумя субстратами этого фермента являются Fe(II) и НАД ⁺ , тогда как его тремя продуктами являются Fe(III) , НАДН и Н ⁺ .

Этот фермент принадлежит к семейству оксидоредуктаз , в частности, к тем, которые окисляют ион металла с помощью НАД ⁺ или НАДФ ⁺ в качестве акцептора. Систематическое название этого класса ферментов — Fe(II):НАД ⁺ оксидоредуктаза . Другие общеупотребительные названия включают:

• хелатредуктаза железа
• железохелатредуктаза
• НАДН:Fe3 ⁺ -ЭДТА редуктаза
• НАДН ₂ :Fe ³⁺ оксидоредуктаза

Большинство изученных ферриредуктаз в бактериях являются либо специфичными для комплекса трехвалентного железа, либо неспецифичными флавин-железоредуктазами, причем последние более распространены в бактериях. ^[1] Обе формы редуктаз являются подходящими дополнительными растворимыми путями для эффективного извлечения железа через сидерофоры . ^[1]

Неспецифическая бактериальная флавинредуктаза была хорошо изучена в E. coli , которая является NAD(P)H: флавиноксидоредуктазой (Fre). ^[1] В E. coli NAD(P)H восстанавливается либо до свободного FAD, либо до рибофлавина, который, как известно, восстанавливает трехвалентное железо до двухвалентного железа внутриклеточно. Fre также структурно похож на ферредоксин-NADP ⁺ редуктазу (Fpr) и заставляет кофактор флавина восстанавливать трехвалентное железо, связанное с ферредоксином и сидерофором. ^[2] Несмотря на эти предполагаемые структурные сходства, в целом об этой ферментативной структуре известно немного.

Paracoccus denitrificans содержит два фермента, которые способствуют восстановлению железа - ферриредуктазы A и B (FerA и FerB). ^[3] FerA связывается с окисленными флавинами (FMN и FAD). ^[3] В отличие от многих структурных неизвестных, окружающих Fre, кристаллическая структура FerA хорошо определена (см. рис. 6 в Sedlácek et. al., 2016). FerA состоит из двух белковых субъединиц, с тремя альфа-спиралями и десятью бета-слоями в общей сложности. ^[3]

Было показано, что Archaeoglobus fulgidus имеет железоредуктазу (FeR), похожую на семейство NAD(P)H:флавиноксидоредуктаз. ^[1] FeR является специфичным для архей и восстанавливает внешние, синтетические комплексы трехвалентного железа и Fe(III)-цитрат с NAD(P)H и связанным кофактором флавинадениндинуклеотида (FAD) или флавинмононуклеотида (FMN). ^[4]

Железоредуктазы присутствуют в некоторых одноклеточных эукариотах, включая патогенные дрожжи, которые используют железоредуктазы во время заражения хозяина. ^{[5] [6]} В отличие от архей и бактерий, растворимые железоредуктазы встречаются у грибов гораздо реже, и необходимы дополнительные исследования, чтобы определить, насколько широко распространены растворимые железоредуктазы среди грибов. ^[1] Известно, что эти растворимые железоредуктазы в грибах действуют внеклеточно, поскольку грибы способны выделять их для восстановления железа в окружающей среде. ^[1] Этот механизм выделения железоредуктазы позволяет лабилизировать железо в окружающей среде и обычно происходит одновременно с путями грибковых сидерофоров и восстановлением железа на клеточных поверхностях, которые происходят с мембраносвязанными железоредуктазами. ^[1]

Мембранно-связанные железоредуктазы более распространены в дрожжевых клетках по сравнению с растворимыми железоредуктазами. Эти редуктазы используют НАД(Ф)Н, фальвин и кофакторы гема b для перемещения восстанавливающих агентов через свои мембраны к внеклеточному источнику Fe(III). ^{[5] [6]} После этого восстановленное Fe(II) может быть повторно окислено и отскочить для повторного переноса через мембрану как через Cu-зависимую ферроксидазу, так и через транспортные белки Fe(III). ^{[6] [7]} Альтернативно, двухвалентное, нехелатированное железо может транспортироваться через низкоаффинные белки, однако этот механизм менее распространен, чем первый. ^[6]

Большинство растений содержат феррик-хелатредуктазу для поглощения железа из окружающей среды. Arabidopsis способен повышать активность феррик-хелатредуктазы, которая находится в мембранах эпидермальных клеток корней, в средах с ограниченной доступностью железа. ^[8] Кроме того, предполагается, что активность этой редуктазы стимулирует высвобождение железа из органических соединений в почве, высвобождая его для биологического поглощения. ^[9] Кристаллическая структура этого фермента в Arabidopsis пока еще не была хорошо изучена, однако предполагается, что из-за его схожих функций его структура, вероятно, похожа на феррик-хелатредуктазы как в дрожжах, так и в человеческой фагоцитарной НАДФН-оксидазе gp91phox. ^{[10] [11]}