半胱氨酸脱硫酶功能及作用机理.pptx

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1、半胱氨酸脱硫酶的功能及作用机理主讲人：杨宝军王陈元昊铁硫簇是普遍存在于自然界中的一种古老的氧化还原结构中心。现在我们知道,超过120种不同的酶和蛋白质含铁硫簇。这些铁硫簇在生物体内的电子传递、底物的结合与激活等方面起着关键作用线粒体呼吸链中复合体Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ都含有铁硫蛋白ⅠⅡⅢ光系统中的铁硫蛋白SeeFigure22.12,p720CoASHNADH+H+NAD+CO2NAD+NADH+H+CO2GTPGDP+PiFADFADH2NADH+H+NAD+H2OH2OH2OCoASHCoASH⑧①②③④⑤⑥⑦②H2O①柠檬酸合酶②顺乌头酸酶（含铁硫蛋白）③异柠檬酸脱氢

2、酶④α-酮戊二酸脱氢酶复合体⑤琥珀酰CoA合成酶⑥琥珀酸脱氢酶⑦延胡索酸酶⑧苹果酸脱氢酶~延胡索酸琥珀酸琥珀酰CoAα-酮戊二酸异柠檬酸顺乌头酸柠檬酸苹果酸草酰乙酸电子转运蛋白亚铁氧化酶(Iro)和高电位铁硫蛋白(HIPIP)可能参与了亚铁氧化系统的电子传递过程，而这两种酶中铁硫簇的合成又与ISC系统中的铁硫蛋白有关，因此，ISC系统中的铁硫蛋白与亚铁氧化系统的电子传递有必然的联系。亚铁氧化系统中电子传递途径模式图ISC系统即铁硫簇的生物合成所需的一系列蛋白，主要由iscSUA-hscBA-fdx基因串编码合成的，该基因包含了六个相连的基因iscA、iscU、i

3、scS、hecA、hscB和fdx。分别编码Iscs、IseU、IseA、HscB、HseA和Fdx六个蛋白。IscS（半胱氨酸脱硫酶）、IscU（支架蛋白）和IscA（可能作为Fe供体或支架蛋白）是铁硫簇组装的核心蛋白,它们对于铁硫簇的组装非常重要IscS是一个含有磷酸毗哆醛(PLP)辅基的半胱氨酸脱硫酶,它能够将半胱氨酸脱硫形成丙氨酸,从而产生依赖于PLP的半胱氨酸脱硫酶活性,在铁硫簇组装中主要作为硫的供体IscU在铁硫簇生物合成中主要是起着支架的作用，它能够为铁硫簇组装提供平台IscA相对分子量为11kDa。IscA在生物体内常以二聚体或四聚体的形式存在，

4、但是来源A.ferrooxidan的IscA为单体形式存在不同生物细胞中，IscA的一级结构非常保守,它们都具有3个保守的半胱氨酸位点Cys-Xn-Cys-X-Cys(n=60-80)；并且都能够通过这3个保守的半胱氨酸结合一个[4Fe-4S]簇。有文献报道,在生物体内铁硫簇的合成过程中IscA可能作为铁供体;但也有文献报道称它可作为支架蛋白，对铁硫簇进行组装和传递。因此，IscA在铁硫簇的生物合成过程中的具体作用还需进一步研究HscA和HscB,与lsc引导的铁硫蛋白的成熟有关。HscA具有ATP酶活性和肽结合活性，可以选择性地与IscU结合；HscB是一相对

5、分子质量为20kDa的辅助伴侣蛋白，它可以增强HscA与IscU的结合能力，辅助铁硫蛋白的生物合成。HscA和HscB可能是通过改变蛋白质的构象，也可能是通过控制铁硫簇前躯体结构的重排，来实现铁硫簇的传递的。fdx编码一类相对分子质量为13-14kDa的铁氧还蛋白Fdx,在铁硫簇生物合成过程中起电子供体的作用,是参与铁硫簇生物合成重要的成分之一铁硫簇组装途径半胱氨酸脱硫酶的分类NifS蛋白是一个以5-磷酸毗哆醛为辅基的二聚体半胱氨酸脱硫酶。它可以催化半胱氨酸转变为丙氨酸和形成硫烷键,而硫烷键则通过形成一个含有半胱氨酸过硫键的中间产物以此来保护半胱氨酸残基。在此基

6、础上我们可以推测NifS蛋白可以为固氮酶金属簇的形成提供无机硫化物在A.vinelandii菌中发现同样有合成铁硫簇功能类似NifS的蛋白,命名为IscS因此在一些Nifs专一作用于固氮酶的成熟组装的菌中,IscS则在Fe-S簇的组装中起着关键性作用根据半胱氨酸脱硫酶的序列的相似性又可以分为两大类（Ⅰ和Ⅱ）I类半胱氨酸脱硫酶与A.vinelandii菌中的NifS/IscS相似性比较高,此因该类蛋白被认为与Fe-S簇的形成相关。Ⅱ类半胱氨酸脱硫酶得功能也己得到了清楚的认识,它们主要是与铁离子的代谢及Fe-S簇的组装有关Ⅰ类的保守序列为SSGSACTS，Ⅱ类得保守

7、序列为RXGHHCA半胱氨酸脱硫酶可以为铁硫簇的合成提供硫元素且是铁硫簇合成的主要功能蛋白。铁硫簇是铁硫蛋白的重要组成部分,而铁硫蛋白在微生物多种代谢过程中发挥重要作用半胱氨酸脱硫酶在催化L-型半胱氨酸脱去硫而转变为丙氨酸时而产生的中间产物含有的半胱氨酸残基可以对S8硫环进行亲核攻击,从而打开硫环,从而为硫的进一步氧化提供了条件半胱氨酸脱硫酶其中一个主要的功能为促进铁硫簇的合成,是Fe-S簇合成的主要硫原子的供应者,在大肠杆菌iscS敲除的菌株中,Fe-S蛋白的活性大大降低。铁硫蛋白在细菌中是一类普遍存在的蛋白,特别是在细菌的能量循环中大多数蛋白均是由铁硫簇组装

8、而成,如在主要为细菌生长