分享一篇发表在Nature Chemical Biology上的文章：An allosteric redox switch involved in oxygen protection in a CO2 reductase，文章的通讯作者是来自里斯本新大学的Inês A. Cardoso Pereira教授，其课题组主要从事厌氧微生物代谢通路和相关酶等方面的研究。
金属依赖性甲酸盐脱氢酶可以高效地还原二氧化碳，从而为厌氧生物提供能量。这种酶通常对氧气十分敏感，但是也有少部分酶具有耐氧性，如Desulfovibrio vulgari中的FdhAB。后者能够在有氧环境下纯化处理，因此具有潜在的应用价值。然而赋予FdhAB以耐氧性的分子机制仍不明确。本文工作表明：蛋白质中的一对半胱氨酸组成的二硫键能够发挥变构氧化还原开关的作用，在有氧环境下降低酶的活性和对甲酸盐的结合能力，从而防止其浓度降低、起到对酶的保护作用。
为探究C845-C872这对二硫键对酶催化活性的影响（包括甲酸盐的氧化过程和二氧化碳的还原过程），作者测试了加入或不加入还原剂DTT条件下以上两个过程周转速率的变化。结果表明，在有氧条件下，野生型的催化活性几乎完全丧失；而加入DTT后（打开二硫键），其催化活性得到显著提升。将二硫键中的某一个半胱氨酸突变（即始终维持打开的状态）后，酶在有氧条件下也维持了部分酶活。以上实验表明该二硫键的开关状态与酶活关系密切。考虑到二硫键距离催化中心约25Å，这种影响则极有可能以变构调节的方式进行。
作者解析了突变体（C872A）的蛋白质晶体结构以模拟二硫键打开状态下催化位点的构象。总体而言，打开二硫键引发了一系列的构象重排，通过更紧密的侧链互作形成有利于甲酸盐结合的催化环境。最后，作者也证明：在生理状态下，二硫键的打开与关闭是可逆的，意味着酶活可以得到动态调节。
总的来说，本文研究了FdhAB中一对二硫键作为蛋白质变构氧化还原开关的作用，为蛋白的耐氧性的分子机制提供了线索。
本文作者：ZF
责任编辑：FTY
原文链接：
https://www.nature.com/articles/s41589-023-01484-2
文章引用：DOI: 10.1038/s41589-023-01484-2
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