![]() ミネラル 硫黄 クラスター レジン1つ(ルブレドキシン)、2つ、3つ、または4つ(フェレドキシン)の鉄イオンを有する規則的なクラスター、ならびにシステイン以外の他の配位子を有する、より多くのより不規則なクラスターが知られている。 . 電子構造、分光法、および還元の可能性は、鉄 - 硫黄クラスターのすべての一般的なクラスについて徹底的に研究されてきた[52、89、182 191]。. 特に、Noodlemanとその共同研究者らは、さまざまなスピン状態の鉄 - 硫黄クラスターについて詳細な量子化学計算を行った[192 198]。. ルブレドキシンは高スピン状態の鉄イオン(FeIIでは5重項、FeIIIでは6重項)を含み、一方、クラスター内では2つの鉄イオンは両方とも高スピン状態にあるが、反強磁性的に結合してaを形成する。それぞれ酸化型(III + III)および還元型(混合原子価II + III)の一重項または二重項状態 . CuAサイトとは異なり、不対スピンは混合原子価状態の鉄イオンの1つに捕獲される. しかし、鉄 - 硫黄クラスターの再編成エネルギーを体系的に研究した人は誰もいないようです。. そこで、Fe(SCH 3)4、(SCH 3)2 FeS 2 Fe(SCH 3)2、(SCH 3)2 FeS 2 Fe(Im)2の内圏再編成エネルギーについて調べた。 . サイトが縮小されると、Fe(SCH3)4モデルのFe S距離は232から242 pmに増加します。. この午後10時の増加は、無機モデル複合体で観察されたものと似ていますが、平均距離はモデルではそれぞれ227および236 pmより短くなっています。 . このように、Fe S距離はやはり5〜6pm長すぎるが、酸化中の変化はよく再現されている。. しかし、このタンパク質では、EXAFS実験によると、この距離はさらに短く、226および232 pmであるように見え、変化はより小さくなっています。 .ミネラル 硫黄 クラスター 汚れこれはおそらくタンパク質環境の影響であり、いくつかの主鎖アミド基がSCys原子への水素結合を形成する。 . ルブレドキシンについてのComQum計算は、タンパク質が、酸化された部位および還元された部位について、計算された平均Fe S距離をそれぞれ230および236pmに減少させることを示す。 . このように、水素結合は、酸化された錯体よりも還元されたものの方が結合長を減少させ、還元による結合長の変化について実験との優れた一致を与える。. 真空中のFe(SCH 3)4モデルの計算された内圏再編成エネルギーは40 kJ / moleである. タンパク質では、水素結合によって再編成エネルギーが約12 kJ / mole減少します。 . ルブレドキシンの内圏再編成エネルギーはFe S結合長の変化と対応する振動数から推定された . 結果は我々の見積もりよりも〜10 kJ / mole低く、これは再編成エネルギーがこれらの結合長の変化から生じるだけではないことを示しています。. フェレドキシンのモデルとして(SCH 3)2 FeS 2 Fe(SCH 3)2錯体の完全酸化型および混合原子価型の研究も行った。. 最適化されたFe S距離は実験よりも5〜10 pm長く、これもまたB3LYP法の系統誤差を反映しています. Fe Fe距離の食い違いは少し大きいですが、これはおそらくCuAサイトのCu Cu結合のように柔軟なFe Fe相互作用の影響です。 . 計算された再編成エネルギーは75 kJ / moleであり、ルブレドキシン部位よりもかなり大きい.ミネラル 硫黄 クラスター レベル上げこれは、タンパク質中およびモデル系中のこれらの部位についてのより低い電子移動速度に一致する。 . 最初に、二量体鉄硫黄クラスターの再組織化エネルギーの増加(単量体ルブレドキシン部位と比較して)は、二量体CuA部位の再組織化エネルギーが青銅単量体と比較して減少したことを考えると、少し奇妙に見えるかもしれない。. これは、混合原子価鉄硫黄サイトの不対電子が鉄イオンの1つに局在しているのに対し、CuAサイトでは非局在化しているためです。. 非局在化二量体は、還元による結合長の変化が2倍減少するため、単量体の約半分の再組織化エネルギーを有するべきであることが示唆されている[144、155、156]。. 実際、減少した鉄イオンの周囲でわずかに増加しています(ルブレドキシンモデルの午後9時と比べて午後13時)が、他の鉄イオンの周囲でもかなりの変化があります(平均午後6時)。. 興味深いことに、私たちのRieske鉄硫黄サイトのモデル(SCH 3)2 FeS 2 Fe(Im)2は、40 kJ / moleというかなり低い再編成エネルギーを持っています。. シトクロムと青い銅タンパク質に関しては、鉄硫黄クラスターがどのようにして低い内圏再編成エネルギーを達成したかについても調べました。. 第一に、Fe(II)およびFe(III)が幾何学的配置および配位数に関して同様の優先度を有するので、鉄は銅よりも優れたイオンである。. 例えば、八面体のCu(H2O)6錯体の再編成エネルギーは、Fe(H2O)6の2倍の大きさです。. 最後に、鉄の硫黄サイトは、水のようなより硬い配位子よりも小さい再編成エネルギーを与える、柔らかくて大きなチオレート配位子を使用する。. Broderickは、Comprehensive Natural Products II、2010年で、現代の生物学的システムに偏在し、タンパク質構造安定化、電子移動、基質結合および活性化、鉄貯蔵、硫化物の供与、ならびに遺伝子発現の調節を含む複数の目的を果たす。. 1,2これらのクラスターの構造は多様で、単純な[2Fe 2S]ダイヤモンドや[4Fe 4S]歪んだ立方体からニトロゲナーゼやヒドロゲナーゼなどの酵素に見られるより複雑な構造までさまざまです。すべての場合において、これらのクラスターは天然に存在する無機硫化鉄鉱物に似た構造的特徴を持っています.ミネラル 硫黄 クラスター ネダン生物学的無機無機硫化鉄鉱物の構造的類似性は、地球の鉱物記録におけるFeとSの優位性と共に、Fe S鉱物からなる単純で非生物的な前駆体化合物のいくつかとして作用した可能性を示唆している。原始地球上の最も初期の触媒. さらに、生命の起源についての代謝優先理論では、Fe S含有化合物は、無機物ベースの触媒からタンパク質への漸進的な変換を介して非生物的なものから生物的な世界への移行における生命の基本的な構成要素として作用し得た。ベースの生体触媒. 3 Eck and Dayhoff 4は、最も単純なアミノ酸からなる短いポリペプチドであるフェレドキシンタンパク質の祖先は、遺伝暗号の進化以前の代謝のプロトタイプであると仮定することによって生化学的進化の始まりの確固たる基盤を築いた。タンパク質の複雑さ. ラッセルとその同僚は、アルカリ性pHと化学的勾配の発達は、生命の起源にとって決定的に重要であったかもしれない2つの出来事であると主張しました. 5彼らの提案では、一連の[2Fe 2 S]菱形からなるマキナワイトのような鉱物複合体は、水熱マウンドの膜を通してヒドロゲナーゼおよび電子移動剤として作用した可能性がある。. さらに、W chtersh user 7,8は、プレバイオティック反応が深海熱水噴出孔の近くに位置する鉄硫黄鉱物によって行われたという前提に基づいて、鉄硫黄世界(ISW)として知られている化学独立栄養起源を提案した。. Huber and W chtershのユーザーは、Fe / Ni S相が推定原始条件下で炭素固定経路を通して酢酸を生成することを示し、9はアミノ酸を活性化してペプチドを生成することができ、10およびCO依存性 - ヒドロキシおよび - アミノ酸を形成することさえできる。. 塩基性金属足場が初期地球で起こったと考えられる反応を実行する能力を有するという観察は、現代のタンパク質ベースの触媒作用が鉱物ベースの触媒作用にその起源があるという前提を支持する証拠である。. 還元条件下では、単純な鉄 - 硫黄クラスターは水溶液中でFe 2+とS 2から自発的に集合することができる. 鉄硫黄クラスターの基本単位は、約2のFe S結合を持つ[2Fe 2 S]菱形です。. 菱形自体は、理想的または理想的に近い四面体環境において、それぞれ個々の鉄を有する歪んだ平面構造として存在する。. 最も単純で最も一般的なタイプの生物学的Fe Sクラスターは、[2 Fe 2 S]、[3 Fe 4 S]、[4 Fe 4 S](図1)で、鉄原子がタンパク質由来のシステインチオールと四面体ジオメトリーの無機硫化物イオンによって連結されます。ヒスチジンとアルギニンの結紮も観察されているが. 12,13この環境は、Fe Sクラスターの最も一般的な機能、すなわち電子移動に適しており、タンパク質の微小環境やクラスターの配位環境に応じて広範囲の還元電位(400 mVから)が理想的です。. [Fe S]クラスターに描かれた原子の色分けは次のとおりです。マルーン(鉄)、オレンジ(硫黄)、黒(炭素)、青(窒素)、赤(酸素)、ピンク(未確認または不明)、および緑(ニッケル). ACS Aクラスターでは、シアンは銅を表し、一方FeMocoでは、シアン球はモリブデンを表します。.ミネラル 硫黄 クラスター ツイッター蛋白質結合Fe Sクラスタは互いに相互変換する顕著な能力を示し、配位子交換反応と酸化的分解を受ける. 1,15これらの固有の特性は、低電位の範囲でコンパクトなレドックス触媒として機能する能力と相まって、生体触媒としての彼らの古代の始まりを非常によく示唆している可能性があります。. 1この化学的多様性は、なぜ現代の生物学的システムで特徴的なFe Sクラスターの例がますます増えているのかを説明するのに役立つかもしれません。. 特徴的なFe Sクラスターの例には、独自のFeサイト(ラジカルS-アデノシルメチオニン(SAMまたはAdoMet)スーパーファミリーのメンバー、アコニターゼなどのメンバー)を介して基質を配位する金属中心、Fe Sヘテロ原子クラスターを含む酵素(ニトロゲナーゼ鉄モリブデン補因子)が含まれる(FeMoco)、一酸化炭素デヒドロゲナーゼ(CODH)、アセチルCoAシンターゼ(ACS)、および特殊な鉄中心(およびヒドロゲナーゼ)の周囲にユニークなライゲーションセットを含む酵素(図1). 初期の地球ではありふれていたと思われる化学反応に関しては、修飾鉄硫黄鉱物が触媒として作用して、H2酸化、N2還元、およびCOとCO2の相互変換を伴う反応を引き起こすことはもっともらしいことです。. 現在、これらの反応は、塩基性Fe Sクラスターの修飾を介してそれぞれの機能を実行するよう進化的に調整されている複雑な鉄硫黄(Fe S)含有酵素によって行われています(図1)。. 鉄黄鉄鉱上に存在する硫黄空格子点は、FeS 2 H 2 O界面での吸着アミノ酸の保持時間だけでなく、欠陥部位での鉄および硫黄原子の反応性も増加させるように作用することが実証されている。. 17 CODH(図1(d))、ACS(図1(e))、ニトロゲナーゼのFe Mo補因子(図1(f))、およびヒドロゲナーゼ(図1(g)および1(h))は非常に特殊な欠陥サイトと考えることができます. そのようなクラスターのメタロバイオ化学における現在の研究は、いわゆる欠陥部位に関連する修飾がなぜ酵素によって行われる化学反応にとって極めて重要であるのかだけでなく、これらの修飾が金属クラスターの組み立て中にどのように起こるのかそれぞれの化学反応を実行するためにタンパク質環境が必要. 実験的洞察は、現在観察されている非生物的前駆体化合物から生物的複雑さへの人生の移行に伴うステップの概要を提供するはずである. 最も一般的な種類の生物学的クラスター([2Fe 2S]、[3Fe 4S]、および[4Fe 4S])の場合、アセンブリ機構には、鉄シャペロン、システインデスルフラーゼ、電子伝達タンパク質、分子シャペロン、および新生タンパク質が存在する足場タンパク質が含まれます。クラスターは標的タンパク質への挿入前に組み立てられる. 14ニトロゲナーゼのFeMoco、ヒドロゲナーゼの中心、またはヒドロゲナーゼのH-クラスターのような、より複雑で珍しいクラスターについては、クラスター集合過程についてはあまり知られていない. 以下に発見するように、これらの系がそれらのそれぞれのメタロコファクターの合成において共有する1つの共通のテーマは、ラジカルSAM酵素によって提供されるラジカル化学の関与である。. Miroslaw Cygler、タンパク質化学および構造生物学の進歩、2009年イオン硫黄クラスターは、呼吸および遺伝子発現の調節を含む広範囲の生物学的過程に関与する酵素における重要な金属補因子である(Johnson et al). coliは、Fe Sタンパク質の組み立てに一般的なISC経路を使用するが、酸化ストレスの条件下では、細菌は代替のSuf経路を使用することができる(Nachin et al。.ミネラル 硫黄 クラスター 違いこの経路は微生物においてよく保存されており、細菌が宿主の免疫応答に対処するのを助けることによって細菌の病因において役割を果たす可能性がある。. Sufシステムは、システインデスルフラーゼ(SufS)と5つのアクセサリータンパク質(Suf A、B、C、D、E)から構成されています。. SufBCDは、安定な複合体として会合し、そしてSufEと相乗的に作用して、デスルフラーゼSufSの活性を増強することが見出された(Outten et al。. 我々の目的は、システインデフスルフラーゼアクチベーター複合体の成分間のタンパク質 - タンパク質相互作用を調べるために、SufBCD複合体の三次元構造を決定することである。. 精製成分から複合体を組み立てるために、最初にSufB、SufC、およびSufDタンパク質を別々に発現させた。. Niアフィニティークロマトグラフィーを用いてSufCおよびSufDの純粋な試料を得ることが可能であることが証明されたが、SufCの最終収率は低かった。. 我々は、別々に発現されたSufCおよびSufDからの細胞溶解物を組み合わせ、そして複合体を同時精製することによって収量を改善することができた。. 残念なことに、SufBを単独で発現させると不溶性凝集物としてタンパク質が蓄積し、精製成分からSufBCD複合体を組み立てるための努力が妨げられた。. この問題を回避するために、3つすべての成分を共発現させ、SufBCD複合体を精製することにしました。. これを達成するために、我々は既存のプロトコルを使用して全体のsufABCDSEオペロンをクローニングした(Outten et al。. 次いで、SufBCD複合体の精製を、陰イオン交換とSECの組み合わせを用いて実施した。. これらのサンプルの予備的SDS-PAGEゲルは、分子量29、47、および55 kDaのタンパク質の存在を示し、それぞれSufC、SufD、およびSufBの値と一致する。. ユニットとしてsufオペロンを表現することによって、我々はEの部分精製を達成することができた。. Jaroslaw Marszalek、Methods in Enzymology、2017年他の細胞プロセスと同様に、鉄 - 硫黄クラスターの生成は、それらの構築と機能のために特定のタンパク質 - タンパク質相互作用を必要とする多タンパク質複合体によって促進される.ミネラル 硫黄 クラスター 価格したがって、機械的洞察を得るためには、それらの相互作用を詳細に分析し検証する必要があります。. この総説では、我々はIsuスキャフォールドとFe Sクラスター生合成に関与するHsp70 / Jタンパク質シャペロンとの間の相互作用を分析することを可能にした生化学的アッセイ(Isp1 GSTプルダウンおよびHsp70のATPase刺激)を提示した。. ただし、このレビューで提示された例に加えて、我々はFe Sクラスター生合成に関与する他のタンパク質 - タンパク質相互作用を研究するためにGSTプルダウンアッセイを使用しました. 例えば、本明細書に記載のIsu1 GST融合タンパク質を使用することによって、我々はまた、Nfs1(Isd11)Yfh1 Isu GSTからなるFe S集合体複合体の形成を検出した。. 、Yfh1 GST、Jac1 GST、タンパク質パートナーとの相互作用をテストする. 全ての場合において、GSTプルダウンアッセイによって得られた結果は、効果の半定量的解釈を可能にした。. さらに、最近の技術開発により、GST融合コンストラクトを使用してタンパク質相互作用をリアルタイムで測定することが可能になりました。. 我々は最近、それらのタンパク質パートナーとの相互作用を測定するためにバイオレイヤー干渉計(BLI − Pall Corporation、米国)のバイオセンサーに固定化された上記のGST構築物を使用してこれを達成した(データ示さず)。. R diger Hell、Methods in Enzymology、2015年には、システイン分解、シアン化物の解毒、そしておそらくは鉄 - 硫黄クラスターの代謝回転も、植物細胞中の全硫化物の生成に寄与している可能性がある(Fig。. しかしながら、硫化物の大部分は、同化硫酸還元経路によって生成される。活性硫酸、アデノシン-5-ホスホ硫酸(APS)は、2段階の過程で、APSレダクターゼと亜硫酸レダクターゼによって硫化物に還元される。色素体(Hell&Wirtz、2011年; Takahashi、Kopriva、Giordano、Saito、およびHell、2011). 次いで、硫化物は、OAS-(チオール)リアーゼ(OAS - TL、EC 2)によってO-アセチルセリン(OAS)に組み込まれる。. システイン前駆体OASはセリンアセチルトランスフェラーゼ(SAT、EC 2)によって産生される。. それはOAS - TLと可逆的に相互作用してヘテロオリゴマーシステインシンターゼ複合体を形成することができる(図30)。. 相互作用は硫化物の存在下で安定化され、OAS-TLの活性部位に結合するSAT C末端によって媒介される.ミネラル 硫黄 クラスター 薬価結果として、OAS-TLはコンプレックス内で非アクティブになり、OASは解放されます。. しかしながら、細胞内の高いOAS - TL:SAT比は、遊離の、従って活性なOAS - TLによるOASの代謝を確実にする。. 硫化物がないと、OAS-TLの活性部位にあるSAT C末端との競合的結合により、OASは蓄積して複合体を解離させることができる。. 遊離SATは、システインによる酵素的阻害に対してより敏感であるため、複合体結合SATよりも活性が低い(Wirtz et al。. したがって、システインシンターゼ複合体の形成は、システイン合成の調節に寄与し、そして硫化物センサーとして作用し得る(Hell&Wirtz、2011)。. 注目すべきことに、SATおよびOAS-TLアイソフォームはプラスチドならびにサイトゾルおよびミトコンドリアに存在し、逆遺伝学的アプローチはプラスチドのOAS-TL BよりもむしろサイトゾルのOAS-TL Aアイソフォームが大部分のスルフィドをシステインに取り込むことを示した(Birke、Heeg)。 、Wirtz、&Hell、2013年; Heeg et al. これは、硫化物が色素体から細胞質ゾルおよびミトコンドリアに移動することを示し、これは硫化物に対する膜の透過性と一致している(Jacques、1936; Mathai et al。. CAS: - シアノアラニンシンターゼ。 COX:チトクロムCオキシダーゼ。 OAS − TL:O−アセチルセリン(チオール)リアーゼ。 SDO:硫黄ジオキシゲナーゼ。 STR?:未知の硫黄トランスフェラーゼ。 ?:タンパク質が不明または非酵素的. システインシンターゼ複合体形成は硫化物およびOAS定常状態レベルにより調節される. OAS − TL:O−アセチルセリン(チオール)リアーゼ。 SAT:セリンアセチルトランスフェラーゼ. サイトゾルおよびミトコンドリアでは、硫化物はシステイン分解またはシステイン消費過程の副産物として形成される. 1)シロイヌナズナのシステイン脱硫を触媒し、主に発生後期および環境ストレス条件下でシステイン恒常性の維持に寄与する(Alvarez、Calo、Romero、Garcia、&Gotor、2010). 、1984)は、ミトコンドリア - シアノアラニンシンターゼを必要とする(CAS、EC 4)。. 9)それは、硫化物が放出されている間にシステイン中のチオール基がシアン化物に置換されて - シアノアラニンを形成するのを触媒する(Miller&Conn、1980)。. さらに、シロイヌナズナミトコンドリアの鉄 - 硫黄クラスター構築機構の一部であるNSF1は、システインデスルフラーゼ活性を有する(EC 2)。. 、2007)、ミトコンドリアにおける鉄硫黄クラスター生合成を潜在的な硫化物源にする.
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May 2019
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