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Apd1 和 Aim32 是双组氨酸配位的非 Rieske [2Fe-2S] 蛋白的原型。

Apd1 and Aim32 Are Prototypes of Bishistidinyl-Coordinated Non-Rieske [2Fe-2S] Proteins.

机构信息

Max-Planck-Institut für Chemische Energiekonversion , Stiftstrasse 34-36 , D45470 Mülheim an der Ruhr , Germany.

出版信息

J Am Chem Soc. 2019 Apr 10;141(14):5753-5765. doi: 10.1021/jacs.8b13274. Epub 2019 Mar 26.

Abstract

Apd1, a cytosolic yeast protein, and Aim32, its counterpart in the mitochondrial matrix, have a C-terminal thioredoxin-like ferredoxin (TLF) domain and a widely divergent N-terminal domain. These proteins are found in bacteria, plants, fungi, and unicellular pathogenic eukaryotes but not in Metazoa. Our chemogenetic experiments demonstrate that the highly conserved cysteine and histidine residues within the C-X-C-X-H-X-G-G-H motif of the TLF domain of Apd1 and Aim32 proteins are essential for viability of yeast cells upon treatment with the redox mediators gallobenzophenone or pyrogallol, respectively. UV-vis, EPR, and Mössbauer spectroscopy of purified wild-type Apd1 and three His to Cys variants demonstrated that Cys207 and Cys216 are the ligands of the ferric ion, and His255 and His259 are the ligands of the reducible iron ion of the [2Fe-2S] cluster. The [2Fe-2S] center of Apd1 ( E = -164 ± 5 mV, p K = 7.9 ± 0.1 and 9.7 ± 0.1) differs from both dioxygenase ( E ≈ -150 mV, p K = 9.8 and 11.5) and cytochrome bc/ b f Rieske clusters ( E ≈ +300 mV, p K= 7.7 and 9.8). Apd1 and its engineered variants represent an unprecedented flexible system for which a stable [2Fe-2S] cluster with two histidine ligands, (two different) single histidine ligands, or only cysteinyl ligands is possible in the same protein fold. Our results define a remarkable example of convergent evolution of the [2Fe-2S] cluster containing proteins with bishistidinyl coordination.

摘要

Apd1 是一种细胞质酵母蛋白,其在线粒体基质中的对应蛋白 Aim32 具有 C 端硫氧还蛋白样铁氧还蛋白 (TLF) 结构域和广泛差异的 N 端结构域。这些蛋白质存在于细菌、植物、真菌和单细胞致病真核生物中,但不存在于后生动物中。我们的化学遗传学实验表明,Apd1 和 Aim32 蛋白 TLF 结构域中 C-X-C-X-H-X-G-G-H 基序内高度保守的半胱氨酸和组氨酸残基对于酵母细胞在分别用氧化还原介体苯并二苯并对醌或焦儿茶酚处理时的生存能力是必需的。纯化的野生型 Apd1 和三个 His 到 Cys 变体的 UV-vis、EPR 和 Mössbauer 光谱表明,Cys207 和 Cys216 是铁离子的配体,His255 和 His259 是 [2Fe-2S] 簇中可还原铁离子的配体。Apd1 的 [2Fe-2S] 中心(E = -164 ± 5 mV,pK = 7.9 ± 0.1 和 9.7 ± 0.1)与双加氧酶(E ≈ -150 mV,pK = 9.8 和 11.5)和细胞色素 bc/ b f Rieske 簇(E ≈ +300 mV,pK = 7.7 和 9.8)不同。Apd1 及其工程变体代表了一个前所未有的灵活系统,其中同一个蛋白质折叠中可能存在稳定的 [2Fe-2S] 簇,具有两个组氨酸配体、(两个不同的)单个组氨酸配体或只有半胱氨酸配体。我们的结果定义了具有双组氨酸配位的 [2Fe-2S] 簇蛋白趋同进化的一个显著例子。

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