高い潜在性を持つ鉄硫黄タンパク質
Protein family
高い潜在性を持つ鉄硫黄タンパク質
酸化された高電位鉄硫黄タンパク質の構造。[1]
識別子
シンボルヒップ
ファムPF01355
インタープロIPR000170
プロサイトPDOC00515
SCOP21hpi / スコープ / SUPFAM
OPMスーパーファミリー116
OPMタンパク質1hpi
利用可能なタンパク質構造:
ファム  構造 / ECOD  
PDBRCSB PDB; PDBe; PDBj
PDBサム構造の概要

高電位鉄硫黄タンパク質（HIPIP）は、鉄硫黄タンパク質の一種です。[2]光合成細菌やパラコッカス・デニトリフィカンスにおいて電子伝達に関与するフェレドキシンです。

構造

HiPIPは、典型的には63～85個のアミノ酸残基からなる小さなタンパク質です。配列には大きなばらつきが見られます。以下の模式図に示すように、鉄硫黄クラスターは4つの保存されたシステイン残基によって結合されています。[3] 

                          [ 4Fe-4Sクラスター]
                          | | | |
       xxxxxxxxxxxxxxxxCxCxxxxxxxCxxxxCxxxx

C: 4Fe-4Sコアの結合に関与する保存されたシステイン残基。[4]

[Fe4S4] クラスター

[Fe 4 S 4 ] クラスターは、金属タンパク質の豊富な補因子です。[5]これらは電子移動シーケンスに関与しています。 [Fe 4 S 4 ] クラスターのコア構造は、Fe と S の頂点が交互になった立方体です。これらのクラスターは、小さな構造変化を伴って 2 つの酸化状態で存在します。 [Fe 4 S 4 ] クラスターには、フェレドキシン (Fd) ファミリーと高電位鉄硫黄タンパク質 (HiPIP) ファミリーの 2 つのファミリーが知られています。 HiPIP と Fd はどちらも同じ静止状態 [Fe 4 S 4 ] 2+を共有しており、これらは同じ幾何学的特徴と分光学的特徴を持っています。 違いは活性状態になると生じます。HiPIP は酸化によって [Fe 4 S 4 ] 3+に形成され、Fd は還元によって [Fe 4 S 4 ] +に形成されます。

[ Fe 4 S 4 ] 3 + ( for   HiPIP ) ⇌ oxidation [ Fe 4 S 4 ] 2 + ( resting   state ) ⇌ reduction [ Fe 4 S 4 ] + ( for   Fd ) {\displaystyle {\ce {{\underset {(for\ HiPIP)}{[Fe4S4]^{3}+}}<=>[{\ce {oxidation}}]{\underset {(resting\ state)}{[Fe4S4]^{2}+}}<=>[{\ce {reduction}}]{\underset {(for\ Fd)}{[Fe4S4]+}}}}}

異なる酸化状態は、[Fe 4 S 4 ] クラスターと結合したタンパク質によって説明されます。結晶構造データの解析から、HiPIP は水との水素結合を少なくすることで、より高い酸化状態を維持できることが示唆されています。タンパク質の特徴的な折り畳み構造により、[Fe 4 S 4 ] クラスターは疎水性コアで包まれ、バックボーンからクラスターリガンドに保存された水素結合を 5 つ程度しか形成できません。一方、Fd に関連するタンパク質により、これらのクラスターは溶媒と接触でき、8 つのタンパク質水素結合相互作用が生じます。このタンパク質は、保存された CysXXCysXXCys 構造 (X は任意のアミノ酸) を介して Fd に結合します。[6]また、この独特なタンパク質構造と、ペプチドおよび分子間水からの双極子相互作用により、[Fe 4 S 4 ] 3+クラスターはランダムな外部電子供与体の攻撃から 保護され、加水分解から保護されます。

合成類似体

HiPIP類似体は、[Fe 4 S 4 {N(SiMe 3 ) 2 } 4 ] −と4当量のチオール（HSR）との配位子交換反応によって次のように 合成できる。

[Fe 4 S 4 {N(SiMe 3 ) 2 } 4 ] − + 4RSH → [Fe 4 S 4 (SR) 4 ] − + 4 HN(SiMe 3 ) 2

前駆体クラスター[Fe 4 S 4 {N(SiMe 3 ) 2 } 4 ] −は、FeCl 3、NaN(SiMe 3 ) 2 、およびNaSHのワンポット反応によって合成できます。HiPIP類似体の合成は、HiPIPの多様な酸化還元反応を引き起こす因子を理解する上で役立ちます。[7]

生化学反応

HiPIPは生物の多くの酸化反応に関与しており、特にクロマティウムやエクトチオロドスピラなどの光合成嫌気性細菌でよく知られています。HiPIPは光合成細菌のペリプラズムタンパク質です。光合成反応中心とシトクロムbc1複合体間の循環的電子流において、HiPIPは電子シャトルの役割を果たします。HiPIPが関与するその他の酸化反応としては、鉄(II)酸化の触媒、還元酵素への電子供与体、そして一部のチオ硫酸酸化酵素の電子受容体としての役割などがあります。[8]

参考文献

  1. ^ Benning MM, Meyer TE, Rayment I, Holden HM (1994). 「Ectothiorhodospiravacuolataから単離された酸化高電位鉄硫黄タンパク質の分子構造」.生化学. 33 (9): 2476– 2483. doi :10.1021/bi00175a016. PMID  8117708.
  2. ^ Stephens, PJ; Jollie, DR; Warshel, A. (1996). 「鉄−硫黄タンパク質の酸化還元電位のタンパク質制御」. Chemical Reviews . 96 (7): 2491– 2514. doi :10.1021/cr950045w. PMID  11848834.
  3. ^ Breiter DR, Meyer TE, Rayment I, Holden HM (1991). 「Ectothiorhodospira halophilaから単離された高ポテンシャル鉄硫黄タンパク質の分子構造を2.5Å分解能で決定」The Journal of Biological Chemistry . 266 (28): 18660– 18667. doi :10.2210/pdb2hip/pdb. PMID  1917989.
  4. ^ RH Holm (2004). 「電子移動：鉄-硫黄クラスター」.包括的配位化学II . 8 : 61-90.
  5. ^ Perrin, Bradley Scott Jr.; Ichiye, Toshiko (2013). 「金属タンパク質の還元電位を決定する配列因子の同定」.生物無機化学. 18 (6): 599– 608. doi :10.1007/s00775-013-1004-6. PMC 3723707. PMID  23690205 . 
  6. ^ Dey, Abhishek; Jenney, Francis; Adams, Michael; Babini, Elena; Takahashi, Yasuhiro; Fukuyama, Keiichi; Hodgson, Keith; Hedman, Britt; Solomon, Edward (2007). 「HiPIPとフェレドキシンの活性部位における電気化学ポテンシャルの溶媒調整」. Science . 318 (5855): 1464– 1468. Bibcode :2007Sci...318.1464D. doi :10.1126/science.11​​47753. PMID  18048692. S2CID  33046150.
  7. ^ 大木 康弘; 谷藤 一樹; 山田 典弘; 今田 元介; 田島 智之; 辰己 一樹 (2011). 「全鉄 [Fe4S4{N(SiMe3)2}4] から誘導されたヒドロゲナーゼにおける [Fe4S4(Cys)3(His)] およびHiPIPにおける [Fe4S4(Cys)4] の合成類似体」. 米国科学アカデミー紀要. 108 (31): 12635– 12640. doi : 10.1073/pnas.1106472108 . PMC 3150945. PMID  21768339 . 
  8. ^ バレンタイン, ジョアン; ベルティーニ, イヴァーノ; グレイ, ハリー; スティフェル, エドワード (2006年10月30日).生物無機化学：構造と反応性（初版）. 大学科学図書. ISBN 978-1891389436。
  • PDOC00515 - PROSITEにおける高潜在性鉄硫黄タンパク質

さらに読む

  • Nogi T, Fathir I, Kobayashi M, Nozawa T, Miki K (2000). 「Thermochromatium tepidum由来の光合成反応中心および高ポテンシャル鉄硫黄タンパク質の結晶構造：熱安定性と電子移動」. Proceedings of the National Academy of Sciences . 97 (25): 13561– 13566. Bibcode :2000PNAS...9713561N. doi : 10.1073/pnas.240224997 . PMC  17615. PMID 11095707  .
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