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在膜中生成二硫键的独特酶促策略。

Distinct enzymatic strategies for generation of disulfide bonds in membranes.

机构信息

Department of Biochemistry and Molecular Biophysics, Washington University School of Medicine, St. Louis, MO, USA.

出版信息

Crit Rev Biochem Mol Biol. 2023 Feb;58(1):36-49. doi: 10.1080/10409238.2023.2201404. Epub 2023 Apr 25.

DOI:10.1080/10409238.2023.2201404
PMID:37098102
原文链接:https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC10460286/
Abstract

Disulfide bond formation is a catalyzed reaction essential for the folding and stability of proteins in the secretory pathway. In prokaryotes, disulfide bonds are generated by DsbB or VKOR homologs that couple the oxidation of a cysteine pair to quinone reduction. Vertebrate VKOR and VKOR-like enzymes have gained the epoxide reductase activity to support blood coagulation. The core structures of DsbB and VKOR variants share the architecture of a four-transmembrane-helix bundle that supports the coupled redox reaction and a flexible region containing another cysteine pair for electron transfer. Despite considerable similarities, recent high-resolution crystal structures of DsbB and VKOR variants reveal significant differences. DsbB activates the cysteine thiolate by a catalytic triad of polar residues, a reminiscent of classical cysteine/serine proteases. In contrast, bacterial VKOR homologs create a hydrophobic pocket to activate the cysteine thiolate. Vertebrate VKOR and VKOR-like maintain this hydrophobic pocket and further evolved two strong hydrogen bonds to stabilize the reaction intermediates and increase the quinone redox potential. These hydrogen bonds are critical to overcome the higher energy barrier required for epoxide reduction. The electron transfer process of DsbB and VKOR variants uses slow and fast pathways, but their relative contribution may be different in prokaryotic and eukaryotic cells. The quinone is a tightly bound cofactor in DsbB and bacterial VKOR homologs, whereas vertebrate VKOR variants use transient substrate binding to trigger the electron transfer in the slow pathway. Overall, the catalytic mechanisms of DsbB and VKOR variants have fundamental differences.

摘要

二硫键的形成是蛋白质在分泌途径中折叠和稳定所必需的催化反应。在原核生物中,二硫键是由 DsbB 或 VKOR 同源物形成的,它们将一对半胱氨酸的氧化与醌的还原偶联。脊椎动物 VKOR 和 VKOR 样酶获得了环氧化物还原酶活性,以支持血液凝固。DsbB 和 VKOR 变体的核心结构共享支持偶联氧化还原反应的四跨膜螺旋束架构和包含另一对用于电子传递的半胱氨酸的柔性区域。尽管存在相当大的相似性,但最近 DsbB 和 VKOR 变体的高分辨率晶体结构揭示了显著的差异。DsbB 通过极性残基的催化三联体激活半胱氨酸硫醇盐,这让人想起经典的半胱氨酸/丝氨酸蛋白酶。相比之下,细菌 VKOR 同源物创建了一个疏水性口袋来激活半胱氨酸硫醇盐。脊椎动物 VKOR 和 VKOR 样酶保留了这个疏水性口袋,并进一步进化出两个强氢键来稳定反应中间体并增加醌的氧化还原电位。这些氢键对于克服环氧化物还原所需的更高能量障碍至关重要。DsbB 和 VKOR 变体的电子传递过程使用慢和快途径,但它们在原核和真核细胞中的相对贡献可能不同。醌是 DsbB 和细菌 VKOR 同源物中的紧密结合辅因子,而脊椎动物 VKOR 变体使用瞬时底物结合来触发慢途径中的电子传递。总的来说,DsbB 和 VKOR 变体的催化机制存在根本差异。

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