Homology modeling of the spatial structure of HydSL hydrogenase from purple sulphur bacterium Thiocapsa roseopersicina BBS

Abstract

Получено 6 марта 2013 г., после доработки 1 июля 2013 г.В данной работе представлены модели железоникелевой гидрогеназы HydSL пурпурной серной бактерии Thiocapsa roseopersicina BBS. Показано, что полученные модели обладают более высоким уровнем доверия по сравнению с опубликованными ранее; впервые получена полноразмерная модель HydSL-гидрогеназы. Показана свободная ориентация С-концевого фрагмента малой субъединицы относительно основной белковой глобулы. Показано, что у термостабильной гидрогеназы HydSL Allochromatium vinosum и у полученной нами модели примерно одинаковое количество межсубъединичных ионных пар и их больше, чем у термолабильной гидрогеназы HydAB Desulfovibrio vulgaris.Ключевые слова: моделирование по гомологии, гидрогеназы, Thiocapsa roseopersicina Abstract. -The results of homology modeling of HydSL, a NiFe-hydrogenase from purple sulphur bacterium Thiocapsa roseopersicina BBS are presented in this work. It is shown that the models have larger confidence level than earlier published ones; a full-size model of HydSL hydrogenase is presented for the first time. The C-end fragment of the enzyme is shown to have random orientation in relation to the main protein globule. The obtain models have a large number of ion pairs, as well as thermostable HydSL hydrogenase from Allochromatium vinosum, in contrast to thermolabile HydAB hydrogenase from Desulfovibrio vulgaris. ВведениеГидрогеназы -это ферменты, катализирующие активацию молекулярного водорода. В зависимости от структуры гидрогеназы, синтезируемой микроорганизмом, а также природного донора/акцептора электрона, она может участвовать в поглощении или выделении водорода микроорганизмами. Эти ферменты рассматриваются как перспективные катализаторы для создания биосенсоров, получения водорода в искусственных системах, а также для окисления водорода в топливных элементах.Существует три основных класса гидрогеназ [Vignais, Billoud, 2007]: 1) Hmd или Fe-гидрогеназы (ранее называвшиеся metal-free), не содержащие металлов внутри белковой глобулы, но включающие Fe-содержащий кофактор; данные гидрогеназы участвуют в метаногенезе, осуществляя восстановление метенилтетрагидрометаноптерина до метилентетрагидрометаноптерина, окисляя водород [Thauer, 1998];2) FeFe-гидрогеназы -чаще всего односубъединичные ферменты, активный центр которых расположен внутри белковой глобулы, состоит из двух атомов железа и добавочных лигандов: дитиометиламинной группы, трех CO-и двух CN-лигандов. Встречаются двух-, трехи даже четырехсубъединичные FeFe-гидрогеназы, которые дополнительно содержат от одного до трех железосерных кластеров. Односубъединичные FeFe-гидрогеназы отличаются самой высокой активностью в реакции выделения водорода и крайней чувствительностью к воздействию кислорода [Nicolet et al., 2002];3) NiFe-гидрогеназы (железоникелевые)гетеродимеры (могут иметь также добавочные субъединицы для взаимодействия с редокс-партнером водорода). Это наиболее изученный и гетерогенный класс, разделенный на 4 группы. Большая субъединица этих гидрогеназ содержит железоникелевый активны...

Interaction of HydSL hydrogenase from the purple sulfur bacterium Thiocapsa roseopersicina BBS with methyl viologen and positively charged polypeptides

“…The most possible elec tron transfer process from the hydrogenase could occur in the negatively charged site closest to the distal FeS clus ter (residues D247, E363, and E366); another site (residues D223, Y225, and Y277) is situated farther from the FeS cluster, thus the electron transfer to the methyl viologen at this site is less possible. 2) Peptides K 20 and K(KLK) 6 K are also capable of binding to these sites, which proves the competitive mechanism of inhibition of methyl viologen reduction by these polycations (Fig. 4, a and b).…”

“…We proposed that K 20 and K(KLK) 6 K are α helical molecules. To check the reasonability of this assumption, we predicted the secondary structure of these peptides by the hierarchical neural network method [19] on the Pole BioInformatique Lyonnais server [20].…”

“…Molecular docking was carried out for mapping the binding sites for methyl viologen and the polypeptides in the hydrogenase enzyme. The full model of the HydSL hydrogenase from T. roseopersicina built and described previously [6] was taken as the recep tor.…”

“…The following reagents were used in the work: polypeptides K 20 , K(KLK) 6 K, L 20 , and E 20 (Sigma, Germany), reagents for PAGE (Sigma), phenyl Sepharose CL 4B (Pharmacia, Sweden), DEAE cellu lose DE 52 (Whatman, England), and methyl viologen and sodium dithionite (Fluka, Switzerland). Other reagents used were made in Russia (grades "chemically pure" and "high purity").…”

“…The full three dimensional structure of T. roseopersicina hydrogenase has not been established yet. However, its high identity with another hydrogenase with resolved atomic structure allowed us to build its 3D model [6]. In applied aspect, hydrogenases are a subject of inter est for development of enzymatic hydrogen electrodes.…”