フラボドキシン

フラボドキシン（Fld）は、可溶性の小さな電子伝達タンパク質である。[ 1 ] [ 2 ]フラボドキシンは、補欠分子族としてフラビンモノヌクレオチドを含む。フラボドキシンの構造は、5本のαヘリックスに囲まれた5本鎖の平行βシートを特徴とする。[ 3 ]フラボドキシン（Fld）は、原核生物、シアノバクテリア、および一部の真核藻類から単離されている。[ 2 ]

背景

フラボドキシンはもともとシアノバクテリアとクロストリジウムで発見され、50年以上前に発見されました。[ 4 ]これらのタンパク質は、選択圧により嫌気性環境から進化しました。別の酸化還元タンパク質であるフェレドキシンが、このように使用できる唯一のタンパク質でした。しかし、環境に酸素が存在するようになると、鉄が制限されるようになりました。フェレドキシンは鉄に依存するだけでなく、酸化剤に敏感です。このような鉄が制限された条件下では、フェレドキシンはもはや好まれませんでした。一方、フラボドキシンはこれらの特性の反対で、酸化剤に耐性があり、鉄を含まない同機能の対応物があります。そのため、しばらくの間、フラボドキシンが主要な酸化還元タンパク質でした。しかし現在では、フェレドキシンとフラボドキシンが同じゲノム内に存在する場合、フェレドキシンがまだ使用されますが、鉄が少ない条件下ではフラボドキシンが誘導されます。[ 5 ]

構造

フラボドキシンタンパク質の3D構造

フラボドキシンには、酸化型、セミキノン型（OX） 、セミキノン型（SQ）、ヒドロキノン型（HQ）の3つの形態があります。比較的小さい（分子量15～22 kDa）にもかかわらず、[ 6 ]フラボドキシンは「長鎖」と「短鎖」の2つの分類で存在します。短鎖フラボドキシンは140～180個のアミノ酸残基を含み、[ 4 ]長鎖フラボドキシンは最後のβ鎖に20個のアミノ酸が挿入されています。これらの残基はループを形成し、フラビンモノヌクレオチドの結合親和性を高めるだけでなく、折り畳まれた中間体の形成を助けると考えられています。しかし、ループの真の機能はまだ明らかになっていません。さらに、フラビンモノヌクレオチドはフラボドキシンタンパク質に非共有結合し、電子を輸送する働きをします。[ 4 ] [ 5 ]

医療用途

ヒトの胃病原菌として最も広くみられるヘリコバクター・ピロリ（Hp）は、ピルビン酸脱炭酸反応に必須のPOR（ピルビン酸酸化還元酵素複合体） [ 7 ]にフラボドキシンを必要とする。ほとんどのフラボドキシンはFMN付近にトリプトファンなどの大きな疎水性残基を有するが、 Hpは代わりにアラニン残基を有しており、溶質のポケットを形成できる。現在、感染症治療を目的として、 Hp特異的で非毒性のフラボドキシン阻害剤を同定する研究が行われている。 [ 8 ]

機構

フラボドキシンは、活性を示すために非常に負の酸化還元電位を必要とする。セミキノン型は、フラビンのN-5位への水素結合によって安定化されている。この結合と、結合部位近傍に存在する共通のトリプトファン残基は、セミキノン型に対する反応性を低下させるのに役立つ。ヒドロキノン型は平面型に転化され、不安定化する。[ 9 ]電子移動はFMNのジメチルベンゼン環で起こる。

シアノバクテリアのフラボドキシン

(RCF-1) アナベナ/ノストック属における組換え酸化長鎖フラボドキシンの三角形状。活性部位はマゼンタで強調表示されたFMN（フラビンモノヌクレオチド）補因子によって特徴付けられる。SO4残基は黄色で強調表示されている。ほとんどのフラボドキシンと同様に、結合部位付近の残基は大きく疎水性である。

Nostoc sp .などのシアノバクテリアでは、フラボドキシンはヘテロシスト特異的であり、[ 10 ]光合成系1で窒素固定酵素に電子を伝達するだけでなく、N2とNADP+の還元、窒素固定、H2の生成にも使用されます。[ 6 ]

参考文献

  1. ^ Sancho J (2006年4月). 「フラボドキシン：配列、フォールディング、結合、機能、そしてその先へ」 .細胞および分子生命科学. 63 ( 7–8 ): 855–864 . doi : 10.1007 / s00018-005-5514-4 . PMC  11136378. PMID  16465441. S2CID  6090402 .
  2. ^ a b Pierella Karlusich JJ, Lodeyro AF, Carrillo N (2014年10月). 「長い別れ：植物進化におけるフラボドキシンの興隆と衰退」 . Journal of Experimental Botany . 65 (18): 5161– 5178. doi : 10.1093/jxb/ eru273 . PMC 4400536. PMID 25009172 .  
  3. ^ Freigang J, Diederichs K, Schäfer KP, Welte W, Paul R (2002年2月). 「ヘリコバクター・ピロリ菌の必須タンパク質である酸化フラボドキシンの結晶構造」 . Protein Science . 11 (2): 253– 261. doi : 10.1110/ps.28602 . PMC 2373437. PMID 11790835 .  
  4. ^ a b c Prakash D, Iyer PR, Suharti S, Walters KA, Santiago-Martinez MG, Golbeck JH, et al. (2019年12月). 「古細菌ドメイン由来の珍しいフラボドキシンの構造と機能」 . Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America . 116 (51): 25917– 25922. Bibcode : 2019PNAS..11625917P . doi : 10.1073 / pnas.1908578116 . PMC 6926009. PMID 31801875 .  
  5. ^ a b Houwman JA, van Mierlo CP (2017年10月). 「フラボドキシン様構造を持つタンパク質のフォールディング」 . The FEBS Journal . 284 (19): 3145– 3167. doi : 10.1111/febs.14077 . PMID 28380286. S2CID 3933842 .  
  6. ^ a b Lodeyro AF, Ceccoli RD, Pierella Karlusich JJ, Carrillo N (2012年8月). 「光合成微生物および遺伝子組み換え植物における環境ストレス耐性におけるフラボドキシンの重要性。メカニズム、進化、そしてバイオテクノロジーの可能性」 . FEBS Letters . 586 (18): 2917– 2924. doi : 10.1016/j.febslet.2012.07.026 . PMID 22819831. S2CID 19298219 .  
  7. ^ Cremades N, Bueno M, Toja M, Sancho J (2005年4月). 「新たな治療標的に向けて：ヘリコバクター・ピロリのフラボドキシン」.生物理化学. 115 ( 2–3 ): 267– 276. doi : 10.1016/j.bpc.2004.12.045 . PMID 15752617 . 
  8. ^ Salillas S, Sancho J (2020年3月). 「ヘリコバクター・ピロリ菌およびその他の胃病原体に対する新規治療標的としてのフラボドキシン」 . International Journal of Molecular Sciences . 21 (5): 1881. doi : 10.3390/ijms21051881 . PMC 7084853. PMID 32164177 .  
  9. ^ Simondsen RP, Tollin G (1980年12月). 「フラボドキシンの構造と機能の関係」.分子細胞生化学. 33 ( 1–2 ): 13– 24. doi : 10.1007/BF00224568 . PMID 6782445. S2CID 24764348 .  
  10. ^ Lindberg P, Lindblad P, Cournac L (2004年4月). 「糸状シアノバクテリアNostoc punctiforme株ATCC 29133およびそのヒドロゲナーゼ欠損変異株NHM5におけるガス交換」.応用環境微生物学. 70 (4): 2137– 2145. Bibcode : 2004ApEnM..70.2137L . doi : 10.1128/AEM.70.4.2137-2145.2004 . PMC 383079. PMID 15066806 .  
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