Proteína de hierro-azufre - Iron–sulfur protein
Proteínas hierro-azufre (o proteínas hierro-azufre en ortografía británica ) son proteínas caracterizadas por la presencia de agrupaciones de hierro-azufre que contienen sulfuro de -vinculada di-, tri-, y centros de tetrairon en variables estados de oxidación . Los grupos de hierro-azufre se encuentran en una variedad de metaloproteínas , como las ferredoxinas , así como NADH deshidrogenasa , hidrogenasas , coenzima Q - citocromo c reductasa , succinato - coenzima Q reductasa y nitrogenasa. Los grupos de hierro-azufre son más conocidos por su papel en las reacciones de oxidación-reducción del transporte de electrones en mitocondrias y cloroplastos . Tanto el Complejo I como el Complejo II de fosforilación oxidativa tienen múltiples grupos de Fe-S. Tienen muchas otras funciones, incluida la catálisis como lo ilustra la aconitasa , la generación de radicales como lo ilustran las enzimas dependientes de SAM y como donantes de azufre en la biosíntesis de ácido lipoico y biotina . Además, algunas proteínas Fe-S regulan la expresión génica. Las proteínas Fe-S son vulnerables al ataque del óxido nítrico biogénico , formando complejos de dinitrosil hierro . En la mayoría de las proteínas Fe-S, los ligandos terminales del Fe son tiolatos , pero existen excepciones.
La prevalencia de estas proteínas en las vías metabólicas de la mayoría de los organismos lleva a algunos científicos a teorizar que los compuestos de hierro y azufre tuvieron un papel importante en el origen de la vida en la teoría del mundo de hierro y azufre .
Motivos estructurales
En casi todas las proteínas Fe-S, los centros de Fe son tetraédricos y los ligandos terminales son centros de tiolato-azufre de residuos de cisteinilo. Los grupos sulfuro tienen dos o tres coordinaciones. Los más comunes son tres tipos distintos de agrupaciones de Fe-S con estas características.
Clústeres 2Fe – 2S
El sistema polimetálico más simple, el grupo [Fe 2 S 2 ], está constituido por dos iones de hierro unidos por dos iones sulfuro y coordinados por cuatro ligandos de cisteinilo (en las ferredoxinas Fe 2 S 2 ) o por dos cisteínas y dos histidinas (en las proteínas de Rieske). ). Las proteínas oxidadas contienen dos iones Fe 3+ , mientras que las proteínas reducidas contienen un ion Fe 3+ y un ion Fe 2+ . Estas especies existen en dos estados de oxidación, (Fe III ) 2 y Fe III Fe II . El dominio de azufre de hierro CDGSH también está asociado con los grupos 2Fe-2S.
Clústeres 4Fe – 4S
Un motivo común presenta cuatro iones de hierro y cuatro iones de sulfuro colocados en los vértices de un grupo de tipo cubano . Los centros de Fe suelen estar además coordinados por ligandos de cisteinilo. Las proteínas de transferencia de electrones [Fe 4 S 4 ] ([Fe 4 S 4 ] ferredoxinas ) pueden subdividirse en ferredoxinas de bajo potencial (tipo bacteriano) y de alto potencial (HiPIP) . Las ferredoxinas de bajo y alto potencial se relacionan mediante el siguiente esquema redox:
En HiPIP, el grupo se desplaza entre [2Fe 3+ , 2Fe 2+ ] (Fe 4 S 4 2+ ) y [3Fe 3+ , Fe 2+ ] (Fe 4 S 4 3+ ). Los potenciales de este par redox oscilan entre 0,4 y 0,1 V. En las ferredoxinas bacterianas, el par de estados de oxidación son [Fe 3+ , 3Fe 2+ ] (Fe 4 S 4 + ) y [2Fe 3+ , 2Fe 2+ ] (Fe 4 S 4 2+ ). Los potenciales para este par redox varían de −0,3 a −0,7 V. Las dos familias de grupos 4Fe – 4S comparten el estado de oxidación Fe 4 S 4 2+ . La diferencia en los pares redox se atribuye al grado de enlace de hidrógeno, que modifica fuertemente la basicidad de los ligandos de tiolato de cisteinilo. Otro par redox, que es aún más reductor que las ferredoxinas bacterianas, está implicado en la nitrogenasa .
Algunos grupos de 4Fe-4S se unen a sustratos y, por lo tanto, se clasifican como cofactores enzimáticos. En la aconitasa , el grupo de Fe-S se une a un acito en el único centro de Fe que carece de ligando tiolato. El grupo no sufre redox, pero sirve como catalizador ácido de Lewis para convertir el citrato en isocitrato . En las enzimas SAM de radicales , el grupo se une y reduce la S-adenosilmetionina para generar un radical, que está involucrado en muchas biosíntesis.
Clústeres 3Fe – 4S
También se sabe que las proteínas contienen centros [Fe 3 S 4 ], que presentan un hierro menos que los núcleos [Fe 4 S 4 ] más comunes . Tres iones de sulfuro unen dos iones de hierro cada uno, mientras que el cuarto sulfuro une tres iones de hierro. Sus estados de oxidación formales pueden variar de [Fe 3 S 4 ] + (forma totalmente Fe 3+ ) a [Fe 3 S 4 ] 2− (forma totalmente Fe 2+ ). En una serie de proteínas de hierro-azufre, el grupo [Fe 4 S 4 ] puede convertirse reversiblemente por oxidación y pérdida de un ión de hierro en un grupo [Fe 3 S 4 ]. Por ejemplo, la forma inactiva de la aconitasa posee un [Fe 3 S 4 ] y se activa mediante la adición de Fe 2+ y reductor.
Otros grupos de Fe-S
Son comunes los sistemas polimetálicos más complejos. Los ejemplos incluyen los grupos 8Fe y 7Fe en nitrogenasa . La monóxido de carbono deshidrogenasa y la [FeFe] - hidrogenasa también presentan agrupaciones inusuales de Fe-S. Se encontró un grupo especial coordinado con 6 cisteínas [Fe 4 S 3 ] en hidrogenasas [NiFe] unidas a membrana tolerantes al oxígeno.
Biosíntesis
La biosíntesis de los grupos de Fe-S ha sido bien estudiada. La biogénesis de los grupos de azufre de hierro se ha estudiado más extensamente en las bacterias E. coli y A. vinelandii y la levadura S. cerevisiae . Hasta ahora se han identificado al menos tres sistemas biosintéticos diferentes, a saber, los sistemas nif, suf e isc, que se identificaron por primera vez en bacterias. El sistema nif es responsable de las agrupaciones en la enzima nitrogenasa. Los sistemas suf e isc son más generales.
El sistema isc de levadura es el mejor descrito. Varias proteínas constituyen la maquinaria biosintética a través de la vía isc. El proceso ocurre en dos pasos principales: (1) el grupo de Fe / S se ensambla en una proteína de andamio seguido de (2) la transferencia del grupo preformado a las proteínas receptoras. El primer paso de este proceso ocurre en el citoplasma de organismos procariotas o en las mitocondrias de organismos eucariotas . En los organismos superiores, las agrupaciones se transportan fuera de la mitocondria para incorporarse a las enzimas extramitocondriales. Estos organismos también poseen un conjunto de proteínas involucradas en los procesos de transporte e incorporación de clústeres de Fe / S que no son homólogas a las proteínas que se encuentran en los sistemas procariotas.
Análogos sintéticos
Los análogos sintéticos de los grupos de Fe-S naturales fueron reportados por primera vez por Holm y colaboradores. El tratamiento de sales de hierro con una mezcla de tiolatos y sulfuro proporciona derivados tales como ( Et 4 N ) 2 Fe 4 S 4 (SCH 2 Ph) 4 ].
Ver también
Referencias
Otras lecturas
- Beinert, H. (2000). "Proteínas de hierro-azufre: estructuras antiguas, todavía llenas de sorpresas". J. Biol. Inorg. Chem . 5 (1): 2-15. doi : 10.1007 / s007750050002 . PMID 10766431 . S2CID 20714007 .
- Beinert, H .; Kiley, PJ (1999). "Proteínas Fe-S en funciones sensoriales y reguladoras". Curr. Opin. Chem. Biol . 3 (2): 152-157. doi : 10.1016 / S1367-5931 (99) 80027-1 . PMID 10226040 .
- Johnson, MK (1998). "Proteínas de hierro y azufre: nuevas funciones para los viejos clústeres". Curr. Opin. Chem. Biol . 2 (2): 173–181. doi : 10.1016 / S1367-5931 (98) 80058-6 . PMID 9667933 .
- Comité de Nomenclatura de la Unión Internacional de Bioquímica (NC-IUB) (1979). "Nomenclatura de proteínas hierro-azufre. Recomendaciones 1978" . EUR. J. Biochem . 93 (3): 427–430. doi : 10.1111 / j.1432-1033.1979.tb12839.x . PMID 421685 .
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- Spiro, TG, Ed. (mil novecientos ochenta y dos). Proteínas de hierro-azufre . Nueva York: Wiley. ISBN 0-471-07738-0.CS1 maint: multiple names: authors list (link)
enlaces externos
- Hierro-Azufre + Proteínas en los encabezados de temas médicos (MeSH) de la Biblioteca Nacional de Medicina de EE. UU .
- Ejemplos de agrupaciones de hierro-azufre