Ferredoxina

Ferredoxina

Helena Abarca

Miriam Ejarque

Ester García

Anna Lluís

Índex

• Introducció.

• Combinacions• Mateixa família

• Diferents famílies

• Folds

• Modificacions redox

• Exemple de complex

Ferredoxines. Què són?

• Grup de proteïnes involucrades en reaccions REDOX, presents en la natura des dels seus inicis.

• Capacitat d’oxidar-se i reduïr-se.

• Són proteïnes àcides, petites i solubles que contenen àtoms de ferro i sofre organitzats en clusters Fe-S.

Ferredoxines. Clusters

Ferredoxines. Clusters

S =1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p2

- Proteïna.

- Domini.

- Fold.

- Família

- Superfamíla

Ferredoxina. Què és?

Ferredoxina. Què és?

Ferredoxina. Objectius

Intentar establir si existeix conservació entre els residus que interaccionen amb el cluster Fe-S de les diferents proteïnes

d’estudi, tot i que aquestes pertanyin a folds diferents.

• Classe: a + b

• Fold: Ferredoxin-like

•Superfamília: 4Fe-4S ferredoxins

•Famílies:

•Short-chain ferredoxins

•7-Fe ferredoxin

•Archaeal ferredoxins

•Single 4Fe-4S cluster f.

•Ferredoxin domains from multidomains protein

Ferredoxina

• Classe: a + b

• Fold: Ubiquitin-like

•Superfamília: 2Fe-2S ferredoxins

•Famílies:

• 2Fe-2S ferredoxin-related

•2Fe-2S ferredoxin domains from multidomain proteins

Ferredoxina. Fold

4Fe-4S cluster ferredoxin2Fe-2S ferredoxin-related

FoldI. Ubiquitin-like

FoldI. Entre mateixa família

Aliniament de seqüència. CLUSTALW.


% aliniament= 72.41%

% identitat = 4.31%

Alineament d’estructura. STAMP.


% aliniament = 69.49%

% identitat = 6.78%


Resultats STAMP:Alignment score Sc = 7.874380

Alignment length Lp = 113

RMS deviation after fitting on 76 atoms = 1.827750

STAMP


Fe2-S2

Cys

Cys

Cys

Cys

Gly

Glu

Arg

STAMP

FoldI. Entre mateixa família (Interaccions)

Cluster

2Fe-2SCys

FoldI. Entre mateixa família (Interaccions)

2.2A

2.2A

2.18A2.17A

FoldI. Entre diferents famílies.


Aliniament de seqüències. CLUSTALW

% similaritat = 82.73%

% identitat = 5.45%


Aliniament d’estructura. STAMP avançat.

% similaritat = 55.45%

% identitat = 4.45%


NO GAIRE BO....

STAMP








LA SUPERPOSICIÓ ESTÀ BÉ... PERÒ ANEM A VEURE EL CLUSTER 2Fe-2S...

STAMP avançat


STAMP avançat

Cys

Cluster

2Fe-2S

FoldI. Entre diferents famílies.S

S

Fe

Fe

2.29A

2.26A

2.34A

2.18A

STAMP avançat

1eu4A1e9m

FoldI. Entre diferents superfamílies

1l5p4

FoldII. Ferredoxin-like

Fins a 49 famílies

FoldII. Entre la mateixa família

http://en.wikipedia.org/wiki/Image:Fe3S4.png


Aliniament de seqüència. CLUSTALW

% similaritat= 64.93%

% identitat = 46.45%


Aliniament d’estructura. STAMP

% similaritat= 100%

% identitat = 48.65%


STAMP


RMS = 0.68

Aliniament CLUSTALW

FoldII. Entre diferents famílies


Aliniament STAMP CXXCXXC…CP



RMS = 1.58

STAMP avançat

Entre diferents folds

2Fe-2S


1e9m1

Glu 76

Leu 84 Cluster 2Fe-2S

Gly 10

Val 23

Ile 6

Gly 31

Ile 3


1e9m2

Glu 76

Leu 84 Cluster 2Fe-2S

Gly 10

Val 23

Ile 6

Gly 31

Ile 3


4Fe-4S


1h981

Cluster 4Fe-4S

Cluster 3Fe-4S

Glu 37

Pro 50

Ile 9


1e9m2

Cluster 4Fe-4S

Ile 9

Glu 37

Cluster 3Fe-4S

Pro 50Ala 53

Val 3



Aliniament CLUSTALW


2Fe2S (1frr) 4Fe4S (1h98)


• Es tracta d’un fenomen de convergència evolutiva

• Proteïnes de plegaments totalment diferents tenen certes similaritats estructurals i desenvolupen la mateixa funció (transferència d’electrons)

Canvis reducció-oxidacióPutidaredoxina

•TIPUS:

- Plant-type [2Fe-2S] (cloroplasts,

cianobactèris)

carrier d’electrons entre fotosistema I i

ferredoxin-NADP+ reductase

-Vertebrate-type [2Fe-2S]

proteïna soluble que fa de carrier

simple entre NADH-putidaredoxin reductasa i

diversos tipus de CYP450 involucrats en el

metabolisme oxidatiu

Putidaredoxin

C-terminal

Sc 9’19

RMS 0’94

Cys que interaccionen amb el cluster: 39, 45, 48, 86

.

1

Residus importants en l’interacció amb el cluster

cys453,06 A

Thr47

3,23Acys39

ser423A

ser44

3,3A

gly413,4A

cys48

3,7A

Diferències estructurals redoxF. Oxidada (Fe3+) F. reduïda (Fe2+)

1yjj 1yji

Reducció Pdx flip enllaç peptídic entre Cys45 i Ala46 reajustament ponts d’H domini actiu (nouAla46-S1)

Tensió loop entre Cys39 i 48 que produeix moviment del cluster, el qual es situa més pròxim a la Cys45 i Thr47

Reestructurament estructural i formació nous ponts d’H entre Ser7 i Asp9, Tyr33 i Asp34, i Pro102 i Asp103

Estabilització de cluster/estructura i producció d’un lloc específic de

reconeixement per part del CYP450

Ala46

3.8AThr47

Cys45

Ser7-Asp9

Tyr33-Gly37

Pro102-Gln105

Asp34

Asp38

trp106

Transferència e: Fed-FNR complex

2001


Fd

FNR

2Fe2s

FAD

e-

FTI e-

Transferència e: Fed-FNR complexDescripció estructural

Ferredoxina

FNR


Fe

FeSS

Redox active site


6.44A

S

Fe

S

Fe

5.88A

Cys44C8M


Tyr37

Ala41Cys39

Tyr63

Cys44

Val92

Leu94

Val313Val151


Interaccions

Iòniques:-Estabilitzen

-Orienten 4.7

5.5

3.5

4.2Asp65 crucial per la funció


Modificacions FNR


Lys88

Lys91

Gly82

lys91

lys88Glu93

lys91


lys91

lys88Glu93

lys91

lys88

lys91

SENSE AMB


RMS = 0.7

Score = 9.22


Glu312

Ser96

Glu312

Ser96

3,43AOH

H

H

Glu312

Ser96


Glu312

Bibliografia

•Kurisu, G. et al. Structure of the electron transfer complex between ferredoxin and ferredoxin-NADP+ reductase. Nature 2001.

•Sevrioukuova, I. Redox-depenent Structural Reorganization in Putidaredoxin, a Vertebrate-type [2Fe-2S] Ferredoxin from Pseudomonas putida. Molecular Biology Journal 2005.

•Sevrioukuova, I. et al. Component of the P450cam Monooxygenase System from Pseudomonas putida. Molecular Biology Journal 2002.

•Giastas P. et al. The structure of the 2[4Fe-4S] ferredoxin from Pseudomonas aeruginosa at 1,32 resolution : comparison with other high –resolution structures of ferredoxins and contributing structural features to reduction potential values. J Biol Inorg Chem 2006.

•Pochapsky T. et al. A refined Model for the Solution Structure of Oxided Putidaredoxin. Biochemistry 1999.

http://bifi.unizar.es/research/electron-transfer/FMBvirtual/PurProt/Fd.htm(diu q és covalent)

http://bifi.unizar.es/research/electron-transfer/FMBvirtual/PurProt/Fd.htm

Preguntes PEM:

1. Els enllaços que forma el cluster 2Fe-2S són:

a) Forma enllaços iònics entre els metalls que estan carregats i aminoàcids polars i carregats.

b) Formen enllaços hidrofòbics perque els aminoàcids que es conserven són de naturalesa apolar.

c) Forma enllaços covalents entre els àtoms de S i Fe que formen el cluster de metalls i forma un enllaç semi-covalent entre els S de les cisteïnes i el Fe del cluster metàl·lic.

d) Forma enllaços covalents entre els àtoms de S i Fe que formen el cluster de metalls i forma un enllaç semi-covalent entre els S de les cisteïnes i el S del cluster metàl·lic.

e) Totes les respostes anteriors son vertaderes perque la naturalesa dels aminoàcids conservats és molt heterogènia.

2. Al realitzar el STAMP entre els membres de la mateixa família, 2fe-2S, ferredoxin related.... Assenyala la afirmació correcta:

a) Ens dona un RMS alt i un score baix, a més a més mirant tant els percentatges de identitat com el de similaritat podem deduir que les estructures estan conservades.

b) Com el Score és inferior a 5.5 podem dir que aquestes proteïnes conserven la seva funció.

c) El RMS ens dona un número massa alt, però de qualsevol manera caldria haver fet un Z-score.

d) Ens dona un RMS baix i un score alt, a més a més mirant tant els percentatges d’identitat com el de similaritat podem deduir que les estructures estan conservades.

e) No cal fer cap d’aquests càlculs, ja que entre diferents famílies no podem esperar trobar gaire conservació d’estructura.

3. Com faries per aliniar un àtom de sofre d’un residu de cysteïna?

a) STAMP avançatb) XAMc) les 2 anteriorsd) STAMP normale) els àtoms no es poden aliniar. Només podem aliniar el residu cysteïna.

4. Amb l’estudi evolutiu realizat es pot concloure:

a) que són proteïnes presents a la natura desde l’origen de la vida a la Terrab) que estan molt poc conservadesc) que el residu que es conserva és la histidinad) que la seva funció ha variat al llarg de l’evoluvióe) cap de les anteriors

5. En el cas de la interacció entre la ferredoxina i la FNR:

a) es comprova que els aa hidrofòbics trobats són exactament els esperatsb) que es produeix un canvi en un loop en entrar en contacte les dues proteïnes tal de poder formar una interacció iònica entre la lys91 (FNR) i el glu93 (Ferredoxina).c) el glu312 és essencial per a la interacció amb el NADPH i la transferencia d’electrons.d) les dues anteriorse) cap de les anteriors

1. 6.Característiques dels clusters Fe4S42. 3. a) També podem trobar a la mateixa proteïna clusters Fe3S44. b) Tenen 4 Cys implicades5. c) Les dues anteriors són correctes6. d) Tenen més d’un tipus de plegament7. e) Totes les anteriors són correctes8. 9. 7. En quant als residus conservats10. a) Els residus hidrofòbics promouen l’oxidació del Ferro11. b) Podem trobar prolines, importants en la formació dels loops gràcies a la seva rigidesa12. c) Abunden residus hidrofíl·lics per mantenir interaccions amb centre actiu.13. d) Només es conserven les 4 Cys del clúster14. e) Cap de les anteriors és certa15. 16. 8. Per fer l’aliniament entre clusters Fe2S2 – Fe4S417. 1) N’hi ha prou amb un STAMP avançat18. 2) El minim necessary són 3 punts per fer un aliniament19. 3) Aliniant per Cys és sufficient20. 4) S’ha d’aliniar pels Sofres de les Cys21. 22. a) 1 i 323. b) 1, 2 i 324. c) 2 i 425. d) 1, 2, 3 i 426. e) 427. 28. 9. Senyala la resposta falsa respecte els clusters Fe2S2 I Fe4S429. a) El nombre de Fe implicats és diferent en ambdós clusters30. b) Els dos formen part del folds diferents31. c) Venen d’un ancestre comú32. d) En ambdós casos hi ha 4 Cys implicades33. e) Estan relacionats amb reaccions REDOX

10.- Quina de les següents afirmacions són certes en referència a l’oxidació-reducció de la putidaredoxina:

a) Canvis corformacionals redox poden tenir efectes crucials pel reconeixement dels seus donadors i acceptors d’e -

b) La majoria de canvis es concentren en els extem N i C-terminals i en els loops

c) a i b són certes

d) el Fe1 del cluster és el més superficial i per tant, el més favorable a ser lloc susceptible de reduir-se i oxidar-se

e) totes són certes

Preguntes assaig:

Com faries per alinear els 2 tipus de cluster, Fe2S2 i Fe4S4?

Degut a que la seva estructura geomètrica és diferent i els àtoms que els composen també, només podrem alinear l’estructura de Fe2S2 (2Fe, 2S inorgànics i 4 Cys) amb part de l’estructura de Fe4S4. Un STAMP avançat no és suficient, així que s’ha d’usar el XAM i que cada residu sigui un fragment. Com que el que realment està implicat al cluster no és la Cys sencera, sinó el S de la cadena lateral, enlloc d’alinear a partir dels Cα de Cys, alinear pel S. Observant les 2 estructures a partir dels PDBs, mirem quina és la posició amb la que millor podem alinear.

En principi això seria el lògic, però a l’hora de fer-ho el resultat no va ser el satisfactori. Així que, tenint en compte que per fer un alineament només es necessiten 3 punts, es pot fer un XAM, per exemple, amb els 2Fe i 1S i amb el PDB resultant es visualitzen la resta de residus que ens interessen.

Quina és la importància dels residus hidrofòbics en les proteïnes que contenen clusters Fe-S? La importància dels residus hidrofòbics pot ser molt variada, però concretament hi ha una sèrie de residus hidrofòbics a prop

d’on es troba el cluster que són imprescindibles per a la funció de la proteïna.Les proteïnes que contenen aquests clusters acostumen a tenir funció transportadora d’electrons, la qual cosa implica que

han de poder-se oxidar i reduïr. L’àtom resposponsble que aquestes reaccions redox es realitzin és el Fe, el qual necesita estar protegit de l’aigua i de l’oxigen que hi pugui haver dissolt en ella. Aquests residus hidrofòbics repel.len l’aigua (i oxigen dissolt) evitant posibles oxidacions del Fe que donarien com a resultat la incapacitat d’aquest per oxidar-se i reduïr-se, i per tant, fer que la funció tranportadora d’electrons de la proteïna es perdés

Explica com són els enllaços tant entre els àtoms metàl·lics del cluster Fe2-S2 com entre el Fe i els sofres de la cisteïna.

Els enllaços entre els àtoms de Fe i de S del cluster 2Fe-2S són de tipus covalent. Mentre que els enllaços que es formen

entre els Fe del clúster Fe2-S2 i els S de les cisteïnes són semi-covalents, perque es un enllaç entremig entre iònic i covalent, ja que el sofre és prou petit com perquè no se solapin amb el núvol electrònic del Fe però prou gran com per fer una interacció forta.

4.-Quins serien els factors que contribueixen al potencial reductor dels cluster Fe-S?

Aquests factors els podriem resumir en tres:

- la superficie accesible del cluster

- N-H ---S xarxa ponts d’H

- Volum de la cavitat del cluster

Ferredoxina

Documents

Transcript of Ferredoxina