Akceptuję
W ramach naszej witryny stosujemy pliki cookies w celu świadczenia państwu usług na najwyższym poziomie, w tym w sposób dostosowany do indywidualnych potrzeb. Korzystanie z witryny bez zmiany ustawień dotyczących cookies oznacza, że będą one zamieszczone w Państwa urządzeniu końcowym. Możecie Państwo dokonać w każdym czasie zmiany ustawień dotyczących cookies. Więcej szczegółów w naszej Polityce Prywatności

Zamknij X
Strona główna ArtykułyBiochemia

Białka z klastrami żelazowo-siarkowymi


Streszczenie

Białka zawierające w swojej strukturze klastry żelazowo siarkowe są szeroko rozpowszechnione. Ich struktura opiera się na skoordynowaniu przez żelazo grup tiolanowych. Budowa ich bywa skomplikowana i zwielokrotniona  stąd tez białka te mają różny stopień liczy koordynacyjne, jak i atomów centralnych. Białka te biorą udział w wielu procesach, ze względu na klaster żelazowo siarkowy, są one szczególnie narażone na uszkodzenia oksydacyjne. Reakcje utlenienia powodują inhibicję procesów komórkowych.

Skróty
BER - naprawa struktury DNA z wycięciem zasady (ang, base excision repair)
LIP – labilna pula żelaza (ang. the labile iron pool)


Wprowadzenie

Produkty stresu oksydacyjnego uszkadzają makrocząsteczki (DNA, białka). Jednym z najczęściej pojawiającym się następstwem stresu oksydacyjnego na DNA jest utlenienie jego zasad. Ten typ uszkodzenia powoduje zablokowanie widełek replikacyjnych lub błędnego  sparowania zasad, czego wynikiem są mutacje a nawet śmierć komórki. Obecność reaktywnych form tlenu powoduje również zmiany post-translacyjne w strukturze białek (Tab.1)


Tab. 1 Zmiany post-translacyjne wywołane nadmiarem tlenku azotu(II) [ 1]

Postuluje się, ze najbardziej narażone na procesy post-translacyjne są białka zawierające w swojej strukturze żelazo, w tym białka zawierające centra  żelazowo-siarkowe [2,3]. Głównym procesem niszczącym strukturę białek z klastrami żelazowo-siarkowego typu [4Fe-4S] jest dysocjacja nitrozylowego kompleksu żelaza [4].

Białka zawierające klaster żelazowo siarkowy
Klastry żelazowo-siarkowe Fe-S są szeroko omawiane w literaturze, ze względu na postulowane znaczenie biologiczne [5]. Szeroko poznane i wykorzystywane są te związki w chemii nieorganicznej jako analogi syntetyczne białek komórkowych. Znanych jest wiele typów białek (Rys. 1).


Rys.1 Syntetyczne klastry Fe-S, kolejno: Fe3S2(CO)9, [Fe3S(CO)9]2-, (C5H5)4Fe4S4, [Fe4S4Cl4]2- [6]

W niektórych białkach, pełniących funkcję enzymów, klastry żelazowo siarkowe występują, jako grupy prostetyczne np. enzymy mitochondrialnego łańcucha oddechowego (reduktaza NADH-Q, reduktaza bursztynian-Q, białko Rieske).














Rys. 2 Centrum żelazowo-siarkowe białka Rieske
Centra te mogą również  występować w białkach  niehemowych, ale zawierających żelazo.

Oznaczenia białek zawierających klaster żelazowo-siarkowy [7]

Znanych jest kilka rodzajów centrów żelazo-siarkowych (Rys. 1). Oznaczenia tych białek są zależne od ilości atomów żelaza i siarki. Najprostszym znanym klastrem jest wiązanie jednego atomu żelaza z czterema resztami cysteiny. Bardziej złożony jest typ drugi określany 2Fe-2S składa się z dwóch jonów żelaza połączonych dwoma atomami siarki nieorganicznej. Jednocześnie każdy z jonów żelaza koordynowany jest zwykle dwoma resztami cysteiny. Trzeci typ centrów 4Fe-4S składa się z czterech jonów żelaza i czterech atomów siarki nieorganicznej połączonych, a struktura przestrzenna tworzy sześcian. Typ 4Fe-4Fe występuje w białku Rieske (Rys. 2).

Wiązanie w klastrach żelazowo- siarkowych [8]

Typowym przedstawicielem tlenowców siarka, posiadającą sześć elektronów walencyjnych. W wyniku przyłączenia dwóch elektronów, tworzą się naładowane, dwuwartościowe jony, które bardzo często reagują z metalami przejściowymi. W wyniku tej reakcji tworzy się wiązanie koordynacyjne pomiędzy atomami siarki a atomami żelaza.. Takie cząsteczki, wchodzą w dalsze reakcje z jonami żelaza tworząc jeszcze bardziej złożone związki kompleksowe.
Anion tiolanowy (RS-) uważany jest powszechnie za jeden z podstawowych ligandów w chemii koordynacyjnej [9]. Jest to ligand  o duże gęstości elektronowej stąd też jego powinowactwo do żelaza i innych metali. Siarka tiolowana wykazuje silną tendencję do mostkowania, w rezultacie powstają układy siarczkowe, wielordzeniowe i polimeryczne.
Cysteina jest źródłem swoistego liganda tiolanowego w wielu metaloproteinach, a także w białkach żelazowo-siarkowych [10].

Białko żelazowo-siarkowych - MutY

W celu zapobiegania niekorzystnym wływom reakcji wtórnych stresu oksydacyjnego na makrocząstki w tym DNA jest naprawa z wycięciem zasady (ang, base excision repair, BER). Naprawa ta odbywa się poprzez hydrolizę wiązania N-glikozylowego pomiędzy uszkodzoną zasadą a szkieletem DNA. Do enzymów BER uczestniczących w naprawie należą białka żelazowo-siarkowe np. glikozylazy: MutY, endonukleaza III (EndoIII)  oraz uracylowa [11 ,12].
Białko MutY zawiera w swojej strukturze cztery cząsteczki cysteiny z których każda jest źródłem swoistego liganda tiolanowego (Cys-X6-Cys-X2-Cys-X5-Cys).

Rys. 2 Struktura białka MutY [13]

Białko MutY ma strukturę drugorzędową. Klaster żelazowo siarkowy nie jest umiejscowiony w części aktywnej enzymu lecz jest oddalony od tego miejsca o około 16 Å.
Białko to może bezpośrednio reagować z reaktywnymi formami tlenu, reakcje te prowadzą do biosyntezy dinitrozylowych kompleksów żelaza. Postuluje się że białko to ma wpływ na LIP (ang. the labile iron pool). Aktywne enzymatycznie białko MutY specyficznie rozpoznaje i przecina nić DNA zawierającą adeninę błędnie sparowaną z 8-oksoguaniną. Przebieg reakcji można sprawdzić wieloma metodami np. metodą elektroforezy na denaturującym żelu poliakrylmidowym. Dzięki zastosowaniu tego białka jest możliwe oznaczenie ilości DNA, które uległo przecięciu w stosunku do całkowitego naniesionego DNA.

Podsumowanie
Białka z klastrami żelazowo-siarkowymi są białkami o skomplikowanej strukturze przestrzennej, mimo to pospolicie występują w komórkach żywych organizmów.


Literatura:
[1] A.R.Butler, F.W.Flitney, D.L.Williams.  NO, nitrosonium ions, nitroxide ions, nitrosothiols and  iron-nitrosyls in biology: a chemist's perspective, Trends Pharmacol.Sci., 16, (1995) 18-22.
[2]  Y.J.Geng, A.S.Petersson, A.Wennmalm, G.K.Hansson.  Cytokine-induced expression of nitric oxide synthase results in nitrosylation of heme and nonheme iron proteins in vascular smooth muscle cells, Exp.Cell Res., 214, (1994) 418-428.
[3] J.R.Lancaster, Jr., J.M.Langrehr, H.A.Bergonia, N.Murase, R.L.Simmons, R.A.Hoffman.  EPR  detection of heme and nonheme iron-containing protein nitrosylation by nitric oxide during  rejection of rat heart allograft, J Biol.Chem., 267, (1992) 10994-10998.
[4] E.Soum, J.C.Drapier.  Nitric oxide and peroxynitrite promote complete disruption of the [4Fe- 4S] cluster of recombinant human iron regulatory protein 1, J.Biol.Inorg.Chem., 8, (2003) 226-232.
[5]   S. J. Lippard, J. M. Berg “Principles of Bioinorganic Chemistry” University Science Books: Mill Valley, CA; 1994
[6]  http://www.enotes.com/topic/Iron-sulfur_cluster
[7]  Jeremy Mark Berg, John L Tymoczko, Lubert Stryer, Neil D Clarke, Zofia Szweykowska-Kulińska, Artur Jarmołowski, Halina Augustyniak: Biochemia. Warszawa: Wydawnictwo Naukowe PWN, 2007, s. 507-517
[8] The Cambridge Structural Database, CSD ver. 5.29
[9] Comprehensive Coordination Chemistry, tom 2, G. Willkinson (red.) Pergamon Press, Oxford, 1987
[10] S.J. Lippard, J.M. Berg, Podstawy Chemii Bionieorganicznej, PWN, Warszawa 1998
[11] A.K.Boal, E.Yavin, O.A.Lukianova, V.L.O'Shea, S.S.David, J.K.Barton.  DNA-bound redox  activity of DNA repair glycosylases containing [4Fe-4S] clusters, BiochemistryOK, 44, (2005) 8397-8407.
[12] O.A.Lukianova, S.S.David.  A role for iron-sulfur clusters in DNA repair, Curr.Opin.Chem.Biol., 9, (2005) 145-151.
[13]  http://www.seongminleelab.com
 

opracowała: Katarzyna Wójciuk http://laboratoria.net/artykul/biochemia/15994.html
Informacje dnia: Ograniczenie soli w diecie może być groźne Nie mam jeszcze wniosków na temat pochodzenia Covid-19 Najdokładniejsze systemy satelitarnego transferu czasu Ponad połowa chorych z SARS-CoV2 cierpi na długi covid Zintegrować informacje o logistyce Wystawa "Nie to niebo" Ograniczenie soli w diecie może być groźne Nie mam jeszcze wniosków na temat pochodzenia Covid-19 Najdokładniejsze systemy satelitarnego transferu czasu Ponad połowa chorych z SARS-CoV2 cierpi na długi covid Zintegrować informacje o logistyce Wystawa "Nie to niebo" Ograniczenie soli w diecie może być groźne Nie mam jeszcze wniosków na temat pochodzenia Covid-19 Najdokładniejsze systemy satelitarnego transferu czasu Ponad połowa chorych z SARS-CoV2 cierpi na długi covid Zintegrować informacje o logistyce Wystawa "Nie to niebo"

Partnerzy

GoldenLine Fundacja Kobiety Nauki Job24 Obywatele Nauki NeuroSkoki Portal MaterialyInzynierskie.pl Uni Gdansk MULTITRAIN I MULTITRAIN II Nauki przyrodnicze KOŁO INZYNIERÓW PB ICHF PAN FUNDACJA JWP NEURONAUKA Mlodym Okiem Polski Instytut Rozwoju Biznesu Analityka Nauka w Polsce CITTRU - Centrum Innowacji, Transferu Technologii i Rozwoju Uniwersytetu Akademia PAN Chemia i Biznes Farmacom Świat Chemii Forum Akademickie Biotechnologia     Bioszkolenia Geodezja Instytut Lotnictwa EuroLab

Szanowny Czytelniku!

 
25 maja 2018 roku zacznie obowiązywać Rozporządzenie Parlamentu Europejskiego i Rady (UE) 2016/679 z dnia 27 kwietnia 2016 r (RODO). Potrzebujemy Twojej zgody na przetwarzanie Twoich danych osobowych przechowywanych w plikach cookies. Poniżej znajdziesz pełny zakres informacji na ten temat.
 
Zgadzam się na przechowywanie na urządzeniu, z którego korzystam tzw. plików cookies oraz na przetwarzanie moich danych osobowych pozostawianych w czasie korzystania przeze mnie ze strony internetowej Laboratoria.net w celach marketingowych, w tym na profilowanie i w celach analitycznych.

Kto będzie administratorem Twoich danych?

Administratorami Twoich danych będziemy my: Portal Laboratoria.net z siedzibą w Krakowie (Grupa INTS ul. Czerwone Maki 55/25 30-392 Kraków).

O jakich danych mówimy?

Chodzi o dane osobowe, które są zbierane w ramach korzystania przez Ciebie z naszych usług w tym zapisywanych w plikach cookies.

Dlaczego chcemy przetwarzać Twoje dane?

Przetwarzamy te dane w celach opisanych w polityce prywatności, między innymi aby:

Komu możemy przekazać dane?

Zgodnie z obowiązującym prawem Twoje dane możemy przekazywać podmiotom przetwarzającym je na nasze zlecenie, np. agencjom marketingowym, podwykonawcom naszych usług oraz podmiotom uprawnionym do uzyskania danych na podstawie obowiązującego prawa np. sądom lub organom ścigania – oczywiście tylko gdy wystąpią z żądaniem w oparciu o stosowną podstawę prawną.

Jakie masz prawa w stosunku do Twoich danych?

Masz między innymi prawo do żądania dostępu do danych, sprostowania, usunięcia lub ograniczenia ich przetwarzania. Możesz także wycofać zgodę na przetwarzanie danych osobowych, zgłosić sprzeciw oraz skorzystać z innych praw.

Jakie są podstawy prawne przetwarzania Twoich danych?

Każde przetwarzanie Twoich danych musi być oparte na właściwej, zgodnej z obowiązującymi przepisami, podstawie prawnej. Podstawą prawną przetwarzania Twoich danych w celu świadczenia usług, w tym dopasowywania ich do Twoich zainteresowań, analizowania ich i udoskonalania oraz zapewniania ich bezpieczeństwa jest niezbędność do wykonania umów o ich świadczenie (tymi umowami są zazwyczaj regulaminy lub podobne dokumenty dostępne w usługach, z których korzystasz). Taką podstawą prawną dla pomiarów statystycznych i marketingu własnego administratorów jest tzw. uzasadniony interes administratora. Przetwarzanie Twoich danych w celach marketingowych podmiotów trzecich będzie odbywać się na podstawie Twojej dobrowolnej zgody.

Dlatego też proszę zaznacz przycisk "zgadzam się" jeżeli zgadzasz się na przetwarzanie Twoich danych osobowych zbieranych w ramach korzystania przez ze mnie z portalu *Laboratoria.net, udostępnianych zarówno w wersji "desktop", jak i "mobile", w tym także zbieranych w tzw. plikach cookies. Wyrażenie zgody jest dobrowolne i możesz ją w dowolnym momencie wycofać.
 
Więcej w naszej POLITYCE PRYWATNOŚCI
 

Newsletter

Zawsze aktualne informacje