Rubredoxina

Las rubredoxinas son una clase de proteínas de bajo peso molecular que contienen hierro y se encuentran en bacterias y arqueas metabolizadoras de azufre . A veces se clasifican como proteínas hierro-azufre ; sin embargo, a diferencia de estas, las rubredoxinas no contienen sulfuro inorgánico. Al igual que los citocromos , las ferredoxinas y las proteínas de Rieske , se cree que las rubredoxinas participan en la transferencia de electrones en sistemas biológicos. Trabajos recientes en bacterias ^{[ 1 ]} y algas ^{[ 2 ]} han llevado a la hipótesis de que algunas rubredoxinas podrían tener, en cambio, una función en el suministro de hierro a las metaloproteínas .

Se han resuelto las estructuras tridimensionales de varias rubredoxinas. El plegamiento pertenece a la clase α+β, con 2 hélices α y 2-3 hebras β . El sitio activo de la rubredoxina contiene un ion hierro coordinado por los azufres de cuatro residuos de cisteína conservados , formando un tetraedro casi regular. Esto se denomina a veces [1Fe-0S] o sistema Fe ₁ S ₀ , por analogía con la nomenclatura de las proteínas hierro-azufre. Si bien la gran mayoría de las rubredoxinas son solubles, existe una rubredoxina unida a la membrana, denominada rubredoxina A , en fotoautótrofos oxigénicos . ^{[ 3 ]}

Las rubredoxinas realizan procesos de transferencia de un electrón. El átomo central de hierro alterna entre los estados de oxidación +2 y +3 . En ambos estados de oxidación, el metal permanece en estado de alto espín , lo que ayuda a minimizar los cambios estructurales. El potencial de reducción de una rubredoxina suele estar entre +50 mV y -50 mV.

Esta proteína de hierro-azufre es un transportador de electrones, y es fácil distinguir los cambios en su centro metálico: el estado oxidado es rojizo (debido a una transferencia de carga entre el ligando y el metal), mientras que el estado reducido es incoloro (porque la transición electrónica tiene una energía del nivel infrarrojo, que es imperceptible para el ojo humano).

• EC 1.14.15.2 alcanfor 1,2-monooxigenasa [(+)-alcanfor, rubredoxina reducida:oxígeno oxidorreductasa (1,2-lactonizante)]
  • ( +)-bornano-2,5-diona + rubredoxina reducida + O₂ ₌ 5-oxo-1,2-canfólido + rubredoxina oxidada + _H₂O
• EC 1.14.15.3 alcano 1-monooxigenasa (alcano, rubredoxina reducida:oxígeno 1-oxidorreductasa)
  • octano + rubredoxina reducida + O₂ ₌ 1-octanol + rubredoxina oxidada + _H₂O
• EC 1.15.1.2 superóxido reductasa (rubredoxina:superóxido oxidorreductasa)
  • rubredoxina reducida + superóxido + 2 H ⁺ ₌ rubredoxina + _H2O2
• EC 1.18.1.1 rubredoxina — NAD ⁺ reductasa (rubredoxina:NAD ⁺ oxidorreductasa)
  • rubredoxina reducida + NAD ⁺ = rubredoxina oxidada + NADH + H ⁺
• EC 1.18.1.4 rubredoxina — NAD(P) ⁺ reductasa (rubredoxina:NAD(P) ⁺ oxidorreductasa)
  • rubredoxina reducida + NAD(P) ⁺ = rubredoxina oxidada + NAD(P)H + H ⁺

La velocidad de intercambio de electrones se determina con precisión mediante mediciones cinéticas estándar de espectros de absorción visible (490  nm). ^{[ 4 ]} La velocidad de transferencia de electrones tiene tres parámetros: acoplamiento electrónico, energía de reorganización y energía libre de reacción (Δ G °).

La reacción de transferencia de electrones de la rubredoxina se lleva a cabo mediante un acoplamiento redox reversible Fe ³⁺ /Fe ^{2+ por la reducción de Fe 3+} a Fe ²⁺ y un mecanismo de compuerta causado por los cambios conformacionales de Leu41. ^{[ 5 ]}

Tras la reducción de Fe³⁺ ^a Fe²⁺ ^, las longitudes de los cuatro enlaces Fe-S aumentan y el enlace de hidrógeno amida-NH con el S(Cys) se acorta. La estructura reducida de Fe²⁺ ^de la rubredoxina produce un ligero aumento en la estabilización electrostática del enlace de hidrógeno amida-NH con el S-Cys, lo que conlleva una menor energía de reorganización que permite una transferencia de electrones más rápida. ^{[ 5 ]}

Un mecanismo de compuerta que involucra el cambio conformacional de la cadena lateral no polar de Leu41 estabiliza aún más el estado de oxidación Fe ^{2+ . Una} mutagénesis dirigida al sitio de Leu41 a Alanina muestra un desplazamiento de 50 mV del potencial redox Fe ^3+/2+ . ^{[ 6 ]} La sustitución del CH ₃ más pequeño muestra que la cadena lateral de Leu41 estabiliza el estado de oxidación Fe ²⁺ más que el estado de oxidación Fe ³⁺ . La estructura de rayos X en el estado Fe ²⁺ reducido muestra que la cadena lateral de Leu41 adopta dos conformaciones diferentes con 40% en una "conformación abierta" y 60% en una "conformación cerrada". ^{[ 5 ]} La cadena lateral no polar de Leu41 controla el acceso al sitio redox al adoptar una conformación abierta o cerrada. En el estado reducido de Fe²⁺ ^, la cadena lateral de Leu41 se orienta en dirección opuesta a Cys 9 Sγ, exponiendo Cys 9 Sγ e incrementando la polaridad del centro Fe³⁺/Fe²⁺. ^[ 1 ^{] El cambio de catión Fe²⁺} menor en el estado reducido deja una carga negativa mayor en el donador Cys 9 Sγ, que atrae fuertemente al agua. Como resultado, el agua puede penetrar y formar enlaces de hidrógeno con el tiolato de Cys 9 Sγ, lo que impide que la compuerta se cierre, resultando en una conformación abierta. Por el contrario, el estado oxidado de Fe³⁺ ^produce un donador Cys 9 Sγ con una carga negativa menor que no atrae fuertemente al agua. Sin la formación de enlaces de hidrógeno entre el agua y Cys 9 Sγ, la compuerta permanece cerrada. Por lo tanto, la conformación de Leu41 está determinada por la presencia de agua y el estado de oxidación de la rubredoxina. La proximidad del agua al sitio activo [Fe(S-Cys) ₄ ] ^2- estabiliza la mayor carga negativa neta del estado de oxidación Fe ^{2+ . [ 5 ]} La estabilización del estado de oxidación Fe ^{2+ desplaza el potencial de reducción a un valor E 0} más positivo . ^{[ 5 ]}

• Química bioinorgánica
• proteína hierro-azufre
• Ferredoxina
• Citocromo
• Proteína de Rieske

• PDB : 1IRO ​– Estructura de rayos X de la rubredoxina de Clostridium pasteurianum
• PDB : 1VCX ​– Estructura de difracción de neutrones de la rubredoxina de Pyrococcus furiosus
• InterPro : IPR001052 – Entrada de InterPro para rubredoxina 
• Un poco de proteína hierro-azufre