Inligting

Hoe benodig BH2-reduksie na BH4 slegs een NADPH-molekule?

Hoe benodig BH2-reduksie na BH4 slegs een NADPH-molekule?


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Dihydrofolaatreduktase (DHFR) verminder dihydrobiopterien (BH2) na tetrahydrobiopterien (BH4). Iemand het vir my gesê dat hierdie reaksie nodig is slegs een NADPH-molekule (ek is nie seker of dit korrek is nie), naamlik NADPH verskaf een hidriedatoom en word NADP+.

Kan iemand vir my verduidelik hoe dit moontlik is? Hoe kan BH2 -> BH4-omskakeling met een NADPH-molekule gedoen word, terwyl ek twee verwag (om twee waterstofatome te gee)?


Die kort antwoord is dat in vermindering van BH2 aan BH4 deur dihidriedfolaatreduktase word nie net 'n hidriedioon ('n proton plus 'n elektron) van NADPH na BH oorgedra nie2, maar die produk tel ook 'n proton van die oplosmiddel op: N5 van BH4 is geprotoneer.

$$ce{BH2 + 2e- + 2H+ <=> BH4 ag{1}}$$

Ensiemies (sien EC 1.5.1.34):

$$ce{NADPH + BH2 + H+ <=> BH4 + NADP+ ag{2}}$$

Dus die vermindering van BH2 aan BH4 behels 2 elektrone en 2 protone. NADPH skenk 2 elektrone en 1 proton (as 'n hidried), wat 'n nuwe koolstof-waterstofbinding vorm. Die oplosmiddel is verantwoordelik vir die ander proton. Die situasie is baie soortgelyk aan die alkoholdehidrogenase-reaksie (hieronder bespreek).

Die reduksie van biopterien tot by tetrahidrobiopterien deur dihidrofolaatreduktase is 'n 4-elektron reduksie, en vereis 2 NAD(P)H.

Agtergrond

Daar is 'n paar punte oor NADP-gekoppelde ensimiese oksidoreduksie, en oor oksidoreduksie in die algemeen, wat moontlik verduideliking benodig.

NAD(P)-gekoppelde ensieme kataliseer byna altyd (en miskien altyd), die direkte, stereospesifieke oordrag van 'n hidried-ioon ('n proton plus twee elektrone) as 'n enkele entiteit tussen die nikotinamied kofaktor en aanvaarder.

Hierdie stelling moet waarskynlik verduidelik word. Die feit dat NADP-gekoppelde oksidoreduktasereaksies ooreenstem met die oordrag van 'n hidriedioon is een van die groot bydraes van Westheimer tot ensiemologie (sien hier). In baie gevalle lei dit tot die vorming van 'n koolstof-waterstofbinding.

Tweedens is hidriedoordrag stereospesifiek. Verbasend genoeg onderskei NADP-gekoppelde oksidoreduktase tussen die twee waterstowwe by C4 van NAD(P)H. Dit is 'n voorbeeld van prochiraliteit (die Ogston-effek in die Krebs-siklus is 'n ander).

Vir eenvoud, die twee waterstowwe by C4 word die H genoemA en HB. Die werk van Westheimer, Vennesland en medewerkers het getoon dat NAD(P)-gekoppelde ensieme in twee klasse verdeel kan word: dié wat H oordraA van kofaktor na substraat (A-sterospesifieke dehidrogenases) en dié wat H oordraB (B-stereospesifieke dehidrogenases).

Dit is nou bekend dat sterespesifisiteit van hidriedoordrag een van die mees evolusionêre bewaarde eienskappe van NAD(P)-gekoppelde oksidoreduktases is. Ensieme wat deur aminosuurvolgorde-analise getoon kan word dat hulle van 'n gemeenskaplike voorouer afstam, vertoon altyd dieselfde stereospesifisiteit van hidriedoordrag (Gis- en perdeleweralkohol-dehidrogenase is 'n voorbeeld) 1†.

Daarbenewens toon hidriedoordrag oënskynlike absolute stereochemiese getrouheid: die 'verkeerde' hidried word nooit oorgedra nie. Oordrag van HB deur laktaatdehidrogenase, wat A-stereospesifiek is, kon byvoorbeeld nie eksperimenteel opgespoor word nie (sien hier).

'n Goeie oorsig van hierdie aspek van dehidrogenase biochemie is gepubliseer deur You (1985), beskikbaar as 'n pdf van hier af. ('n Vorige resensie kan hier gevind word)

Ten slotte, 'n kort woord oor oksidoreduksie in die algemeen. Oksidasie is die verlies van elektrone, reduksie is die wins van elektrone. 'n Ionisasie is nie 'n oksidasie of 'n reduksie nie, en ook nie hidrasie/dehidrasie nie. Dit is natuurlik 'basiese goed', maar dit lyk asof dit soms verwarring veroorsaak. Wanneer ons te doen het met oksido-reduksiereaksies kan ons soveel protone byvoeg as wat ons wil, of soveel protone uithaal as wat ons wil, en dit kan stoïgiometries belangrik wees, maar ionisasie verander nie die oksidasietoestand van 'n molekule nie.

'n Illustratiewe voorbeeld - Alkoholdehidrogenase

Alkoholdehidrogenase (EC 1.1.1.1) kataliseer die volgende reaksie, die 2-elektronreduksie van asetaldehied na etanol met NADH as hidriedskenker:

$$ce{Etanol + NAD+ <=> Asetaldehied + NADH + H+ ag{3}}$$

Hierdie baie mooi diagram, geneem uit Cornforth se nobellesing, Asymmetrie en Ensiemaksie, illustreer al die punte hierbo.

  • Die waterstof gemerk met die asterisk dit HA. Stereospesifieke oordrag van hidried na asetaldehied lei tot die vorming van 'n nuwe koolstof-waterstofbinding. As die asterisk deuterium of tritium voorstel, is die resultaat gedeutereerde of radio-gemerkte etanol.

  • As, in plaas daarvan, HB gedeutereer of getritieerd is, is die resultaat gedeutereerde of getritieerde NAD+, met geen oordrag van etiket na produk nie.

  • Die vorming van die alkohol behels die 'optel van 'n proton' (uit die oplosmiddel).

  • Oordrag van hidried asetaldehied is ook stereospesifiek. Die hidried word stereospesifiek oorgedra na een van die vlakke van die vlakke karbonielgroep. Ek ignoreer hierdie aspek hier (maar sien Cornforth se lesing) 2†.

  • Om baie pedanties te wees, HA word meer korrek die pro-4R-waterstof genoem, en HB is die pro-4S waterstof.

(In Cornforth se oorspronklike diagram het die H+ is uitgelaat).

Die spesifieke vraag gestel deur die OP

Hoe kan BH2 -> BH4-omskakeling met een NADPH-molekule gedoen word, terwyl ek twee verwag (om twee waterstofatome te gee)?

Soos hierbo genoem, het BH4 (tetrahidrobiopterien) bevat een meer paar elektrone as BH2 (dihidrobiopterien), maar (soos die alkoholdehidrogenase-reaksie) is daar twee protone betrokke. Die feit dat vermindering hidriedoordrag behels, is verantwoordelik vir een. Die ander een word uit die oplosmiddel opgetel.

Dit word in die diagram hieronder geïllustreer, waar die sleutelpunt is dat die koolstofatoom by C6 het nou 'n nuwe koolstof-waterstofbinding. Hierdie binding is verantwoordelik vir 2 elektrone plus 1 proton. Maar die stikstofatoom by C5 het ook 'n proton opgetel.

(Ons moet baie versigtig wees wanneer ons te doen het met reduksie van die pteridienring as gevolg van die kininoïedvorm (sien hier). Dit is hoekom ek eers alkoholdehidrogenase as 'n illustratiewe voorbeeld gekies het, en ek ignoreer sulke komplikasies hier).

Die OP kies 'n interessante substraat vir DHFR, 'n ongekonjugeerde pteridien. Die 'meer gewone' substraat is natuurlik die gekonjugeerde pteridien, dihidrofolaat (FH)2). Alhoewel DHFR wel die transformasie van BH kataliseer2 aan BH4 , die ensiem wat gewoonlik met hierdie transformasie geassosieer word, is dihidropteridienreduktase (EC 1.5.1.34).

Een laaste punt. Beide chromosomale en plasmied dihidrofolaatreduktase, hoewel nie verwant vanuit 'n evolusionêre oogpunt nie, is albei A-stereospesifiek met betrekking tot hidriedoordrag vanaf NAD(P)H.

(Die bostaande diagram is gewysig van een wat op die internet gevind is. Die oorspronklike kan hier gevind word)

Vier-elektron oksidoreduktases

Die meeste NAD(P)-gekoppelde oksidoreduktase kataliseer 'n twee-elektronreduksie wat net een molekule nikotinamied-kofaktor behels.

'n Paar, soos dihidrofolaatreduktase, kan twee opeenvolgende 2-elektronreduksies kataliseer, waar die eerste 2-elektronproduk in oplossing vrygestel word voordat dit na die finale produk gereduseer word deur 'n tweede ontmoeting met ensiem. (In die geval van DHFR is die reduksie van folaat na dihidrofolaat 'n twee-elektron reduksie, en die reduksie van dihidrofolaat na tetrahidrofolaat is nog 'n 2-elektron reduksie).

Sommige oksidoreduktase kataliseer egter 'n vier-elektron oksidoreduksie waar die tussenproduk nie noodwendig in oplossing vrygestel. Sulke ensieme word vier-elektron-oksidoreduktases genoem, en is baie skaars. Hulle is geresenseer deur Feingold & Franzen, (1982).

Een voorbeeld is histidinol dehidrogenase (EC 1.1.1.23), wat die reduksie van 'n alkohol na 'n suur kataliseer (die aldehied is die intermediêre 2-elektron reduksie produk).

$$ce{L-histidinol + 2 NAD+ + H2O = L-histidien + 2 NADH + 3 H+ ag{4}}$$

Nog 'n voorbeeld is HMG-CoA-reduktase (EC 1.1.1.34), 'n sleutelensiem van cholesterolmetabolisme (wat deur statiene geïnhibeer word). In hierdie geval verminder die ensie 'n substraat formeel by die oksidasievlak van 'n karboksielsuur (maar 'geaktiveer' deur tiolester-binding aan koënsiem A) tot by die alkohol.

$$ce{Mevalonaat + CoA + 2 NADP+ = 3-hidroksi-3-metielglutariel-CoA + 2 NADPH + 2 H+ ag{5}}$$

'n Derde voorbeeld is UDP-D-glukose 6-dehidrogenase (EC 1.1.1.22), wat die vermindering van die C kataliseer6 alkoholgroep van UDP-glukose tot by die suur.

$$ce{UDP-D-glukose + 2 NAD+ + H2O = UDP-D-glukuronaat + 2 NADH + 2 H+}$$

Dus, 'n vier-elektron NAD(P)-gekoppelde oksidoreduksie is moontlik. Maar sulke reaksies is relatief skaars. Die sleutel tot die biochemie van die NAD(P)-gekoppelde ensieme, IMO, is om te besef dat 'n hidried oorgedra word as 'n enkele entiteit (en daardie hidriedoordrag is stereospesifiek).

Voetnotas

  1. Alkohol dehidrogenase van Drosophila is nie verwant aan die gis- en perdelewerensieme vanuit 'n evolusionêre perspektief nie, en is B-stereospesifiek.
  2. Dieselfde Cornforth wat na bewering gesê het dat as die β-laktamstruktuur van penisillien korrek was, hy chemie sou prysgee en sampioene sou kweek (sien hier).


Kyk die video: #reducingreagent.#NaBH4 (Oktober 2022).