Peroxirredoxina

AhpC-TSA
Estrutura de AhpC, unha peroxirredoxina 2-cisteína bacteriana de Salmonella typhimurium.
Identificadores
Símbolo	AhpC-TSA
Pfam	PF00578
Pfam clan	CL0172
InterPro	IPR000866
SCOPe	1prx / SUPFAM
OPM superfamily	131
OPM protein	1xvw
Estruturas proteicas dispoñibles: Pfam   estruturas / ECOD   PDB RCSB PDB; PDBe; PDBj PDBsum resumo de estruturas

Peroxirredoxina
Identificadores
Número EC	1.11.1.15
Número CAS	207137-51-7
Bases de datos
IntEnz	vista de IntEnz
BRENDA	entrada de BRENDA
ExPASy	vista de NiceZyme
KEGG	entrada de KEGG
MetaCyc	vía metabólica
PRIAM	perfil
Estruturas PDB	RCSB PDB PDBe PDBj PDBsum
Gene Ontology	AmiGO / EGO
Procura PMC artigos PubMed artigos NCBI Protein procura

As peroxirredoxinas (Prxs, EC 1.11.1.15; símbolo raíz de HGNC PRDX) son unha familia moi ubicua de encimas antioxidantes do grupo das oxidorredutases, que tamén controlan os niveis de peróxido inducidos por citocinas e, por tanto, son mediadoras da transdución de sinais en células de mamíferos. Os membros desta familia en humanos son: PRDX1, PRDX2, PRDX3, PRDX4, PRDX5 e PRDX6. A importancia fisiolóxica das peroxirredoxinas está indicada pola súa relativa abundancia (unha das proteínas máis importantes nos eritrocitos despois da hemoglobina é a peroxirredoxina 2). A súa función é a redución de peróxidos, especificamente peróxido de hidróxeno, alquil hidroperóxidos e peroxinitrito.^[1]

Clasificación

As Prxs foron historicamente divididas en tres clases (mecanísticas):

• Prxs 2-Cys típicas
• Prxs 2-Cys atípicas e
• Prxs 1-Cys.

A designación de Prxs "1-Cys" e "2-Cys" introduciuse en 1994^[2] e comprobouse que entre todas as 22 secuencias de Prx coñecidas daquela, só un residuo de Cys estaba absolutamente conservado; este é o residuo que agora se recoñece que é necesario como cisteína peroxidativa, C_P. A segunda cisteína semiconservada atopada naquela época é a cisteína resolutoria, C_R, que forma un enlace disulfuro intersubunidades con C_P nas Prxs abundantes e moi estendidas denominadas "Prxs 2-Cys típicas". Finalmente, descubriuse que a C_R pode encontrarse en múltiples posicións en varios membros da familia das Prxs, o que levou a introducir a categoría das "Prx 2-Cys atípicas" (Prxs nas cales está presente unha C_R, pero non na posición "típica", identificada orixinalmente).

Os membros da familia agora recoñecidos clasifícanse en seis clases ou subgrupos, designados como grupos Prx1 (esencialmente sinónimo de "Prxs 2-Cys típicas"), Prx5, Prx6, PrxQ, Tpx e AhpE.^[3][4] Agora recoñécese que a existencia e localización de C_R nos 6 grupos é heteroxénea. Así, incluso a designación "Prx 1-Cys" estaba orixinalmente asociada co grupo Prx6 baseándose na falta dun C_R na PrxVI humana, e moitos membros do grupo Prx6 parecen non ter unha C_R, hai membros de "Prxs 1-Cys" e todos os subgrupos. Ademais, a C_R pode localizarse en 5 posicións (que se saiba) da estrutura, formando un enlace disulfuro intersubunidade ou intrasubunidade na proteína oxidada (dependendo da localización de C_R).^[5] Para axudar á identificación de novos membros e os subgrupos aos que pertencen, creouse unha base de datos na que se pode buscar (o PeroxiRedoxin classification indEX) que inclúe secuencias de Prx identificadas en GenBank (de xaneiro de 2008 a outubro de 2011) para as análises bioinformáticas e está dispoñible publicamente.^[6]

Ciclo catalítico

O sitio activo das peroxirredoxinas presenta un residuo de cisteína con actividade redox (a cisteína peroxidativa), que sofre oxidación a un ácido sulfénico polo substrato peróxido.^[1] A reciclaxe do ácido sulfénico pasando de novo a tiol é o que distingue as tres clases de encimas. As peroxirredoxinas 2-Cys son reducidas por tiois como as tiorredoxinas, proteínas similares a tiorredoxinas ou posiblemente o glutatión, mentes que os encimas 1-Cys poden ser reducidos polo ácido ascórbico ou o glutatión en presenza da GST-π.^[7] Usando estruturas cristalinas de alta resolución, determinouse un ciclo catalítico detallado para as Prxs,^[8] incluíndo un modelo para o estado oligomérico regulado por redox proposto para controlar a actividade encimática.^[9] Estes encimas están inactivados por sobreoxidación (tamén chamada hiperoxidación) do tiol activo a ácido sulfínico (RSO₂H). Este dano pode reverterse pola sulfirredoxina.^[1]

As peroxirredoxinas denomínanse frecuentemente alquil hidroperóxido redutases (AhpC) en bacterias.^[10] Outros nomes son antioxidante específico de tiol (TSA) e tiorredoxina peroxidase (TPx).^[11]

Os mamíferos expresan seis peroxirredoxinas:.^[1]

• Encimas 1-Cys: PRDX6 (no grupo Prx6)
• Encimas 2-Cys: PRDX1, PRDX2, PRDX3, PRDX4 (os catro do grupo Prx1) e PRDX5 (do grupo Prx5)

Regulación encimática

As peroxirredoxinas poden ser reguladas por fosforilación, estado redox como a sulfonación,^[1] acetilación, nitración, estados de oligomerización e truncamento.

Función

A peroxirredoxina é reducida pola tiorredoxina (Trx) despois de reducir o peróxido de hidróxeno (H₂O₂) nas seguintes reaccións:^[1]

• Prx(reducida) + H₂O₂ → Prx(oxidada) + 2H₂O
• Prx(oxidada) + Trx(reducida) → Prx(reducida) + Trx(oxidada)

en termos químicos, estas reaccións poden representarse así:

• RSH + H₂O₂ → RSOH + 2H₂O
• RSOH + R'SH → RSSR'
• RSSR' + 2 R"SH → RSH + R'SH + R"SSR"

A forma oxidada da Prx é inactiva na súa actividade redutase, pero pode funcionar como chaperona molecular,^[12] que require a doazón de electróns desde a Trx reducida para restaurar a súa actividade catalítica.^[13]

A importancia fisiolóxica das peroxirredoxinas ilústrase pola súa relativa abundancia (unha das proteínas máis abundantes nos eritrocitos despois da hemoglobina é a peroxirredoxina 2) así como por estudos en ratos knockout. Os ratos que carecen de peroxirredoxina 1 ou 2 desenvolven unha grave anemia hemolítica e están predispostos a certos cancros haematopoéticos. Os ratos con knockout de xenes para a peroxirredoxina 1 teñen un 15% de redución da súa lonxevidade.^[14] Os ratos knockout para a peroxirredoxina 6 son viables e non mostran unha patoloxía importante obvia, pero son máis sensibles a certas fontes exóxenas de estrés oxidativo, como a hiperoxia.^[15] Os ratos knockout para a peroxirredoxina 3 (peroxirredoxina da matriz mitocondrial) son viables e non mostran unha patoloxía relevante obvia. Propúxose que as peroxirredoxinas xogan un papel na sinalización celular ao regularen os niveis de H₂O₂.^[16]

As peroxirredoxinas 2-Cys de plantas son destinadas postraducionalmente aos cloroplastos,^[17] onde protexen a membrana fotosintética contra danos fotooxidativos.^[18] A expresión xénica nuclear depende de sinalización do cloroplasto ao núcleo e responde a sinais fotosintéticos, como a dispoñibilidade de aceptor no fotosistema II e metabolismo do ácido abscísico.^[19]

Reloxo circadiano

As peroxirredoxinas foron implicadas no funcionamento do reloxo circadiano interno de 24 horas de moitos organismos.^[1]

Notas

1. Rhee, Sue Goo; Kil, In Sup (2017). "Multiple Functions and Regulation of Mammalian Peroxiredoxins". Annual Review of Biochemistry 86: 749–775. PMID 28226215. doi:10.1146/annurev-biochem-060815-014431. 
2. Chae HZ, Robison K, Poole LB, Church G, Storz G, Rhee SG (1994). "Cloning and sequencing of thiol-specific antioxidant from mammalian brain: alkyl hydroperoxide reductase and thiol-specific antioxidant define a large family of antioxidant enzymes.". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America (en inglés) 91 (15): 7017–7021. Bibcode:1994PNAS...91.7017C. PMC 44329. PMID 8041738. doi:10.1073/pnas.91.15.7017. 
3. Nelson KJ, Knutson ST, Soito L, Klomsiri C, Poole LB, Fetrow JS (March 2011). "Analysis of the peroxiredoxin family: using active-site structure and sequence information for global classification and residue analysis". Proteins 97 (3): 947–964. PMC 3065352. PMID 21287625. doi:10.1002/prot.22936. 
4. Harper AF, Leuthaeuser JB, Babbitt PC, Morris JH, Ferrin TE, Poole LB, Fetrow JS (10 de febreiro de 2017). "An Atlas of Peroxiredoxins Created Using an Active Site Profile-Based Approach to Functionally Relevant Clustering of Proteins". PLOS Comput Biol 13 (2): e1005284. Bibcode:2017PLSCB..13E5284H. PMC 5302317. PMID 28187133. doi:10.1371/journal.pcbi.1005284. 
5. Perkins, Arden; Nelson, Kimberly J.; Parsonage, Derek; Poole, Leslie B.; Karplus, P. Andrew (2015-08-01). "Peroxiredoxins: guardians against oxidative stress and modulators of peroxide signaling". Trends in Biochemical Sciences 40 (8): 435–445. ISSN 0968-0004. PMC 4509974. PMID 26067716. doi:10.1016/j.tibs.2015.05.001. 
6. Soito, Laura; Williamson, Chris; Knutson, Stacy T.; Fetrow, Jacquelyn S.; Poole, Leslie B.; Nelson, Kimberly J. (2011-01-01). "PREX: PeroxiRedoxin classification indEX, a database of subfamily assignments across the diverse peroxiredoxin family". Nucleic Acids Research 39 (Database issue): D332–337. ISSN 1362-4962. PMC 3013668. PMID 21036863. doi:10.1093/nar/gkq1060. 
7. Monteiro G, Horta BB, Pimenta DC, Augusto O, Netto LE (marzo de 2007). "Reduction of 1-Cys peroxiredoxins by ascorbate changes the thiol-specific antioxidant paradigm, revealing another function of vitamin C". Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 104 (12): 4886–91. Bibcode:2007PNAS..104.4886M. PMC 1829234. PMID 17360337. doi:10.1073/pnas.0700481104. 
8. Perkins, Arden; Parsonage, Derek; Nelson, Kimberly J.; Ogba, O. Maduka; Cheong, Paul Ha-Yeon; Poole, Leslie B.; Karplus, P. Andrew (2016-10-04). "Peroxiredoxin Catalysis at Atomic Resolution". Structure 24 (10): 1668–1678. ISSN 1878-4186. PMC 5241139. PMID 27594682. doi:10.1016/j.str.2016.07.012. 
9. Wood ZA, Schröder E, Robin Harris J, Poole LB (January 2003). "Structure, mechanism and regulation of peroxiredoxins". Trends Biochem. Sci. 28 (1): 32–40. PMID 12517450. doi:10.1016/S0968-0004(02)00003-8. 
10. Poole LB (xaneiro de 2005). "Bacterial defenses against oxidants: mechanistic features of cysteine-based peroxidases and their flavoprotein reductases". Arch. Biochem. Biophys. 433 (1): 240–54. PMID 15581580. doi:10.1016/j.abb.2004.09.006. 
11. Chae HZ, Rhee SG (maio de 1994). "A thiol-specific antioxidant and sequence homology to various proteins of unknown function". BioFactors 4 (3–4): 177–80. PMID 7916964. 
12. Wu, C; Dai, H; Yan, L; Liu, T; Cui, C; Chen, T; Li, H (xullo de 2017). "Sulfonation of the resolving cysteine in human peroxiredoxin 1: A comprehensive analysis by mass spectrometry.". Free Radical Biology & Medicine 108: 785–792. PMC 5564515. PMID 28450148. doi:10.1016/j.freeradbiomed.2017.04.341. 
13. Pillay CS, Hofmeyr JH, Olivier BG, Snoep JL, Rohwer JM (xaneiro de 2009). "Enzymes or redox couples? The kinetics of thioredoxin and glutaredoxin reactions in a systems biology context". Biochem. J. 417 (1): 269–75. PMID 18694397. doi:10.1042/BJ20080690. 
14. Neumann CA, Krause DS, Carman CV, Das S, Dubey DP, Abraham JL, Bronson RT, Fujiwara Y, Orkin SH, Van Etten RA (xullo de 2003). "Essential role for the peroxiredoxin Prdx1 in erythrocyte antioxidant defence and tumour suppression". Nature 424 (6948): 561–5. Bibcode:2003Natur.424..561N. PMID 12891360. doi:10.1038/nature01819. 
15. Muller FL, Lustgarten MS, Jang Y, Richardson A, Van Remmen H (agosto de 2007). "Trends in oxidative aging theories". Free Radic. Biol. Med. 43 (4): 477–503. PMID 17640558. doi:10.1016/j.freeradbiomed.2007.03.034. 
16. Rhee SG, Kang SW, Jeong W, Chang TS, Yang KS, Woo HA (abril de 2005). "Intracellular messenger function of hydrogen peroxide and its regulation by peroxiredoxins". Curr. Opin. Cell Biol. 17 (2): 183–9. PMID 15780595. doi:10.1016/j.ceb.2005.02.004. 
17. Baier M, Dietz KJ (xullo de 1997). "The plant 2-Cys peroxiredoxin BAS1 is a nuclear-encoded chloroplast protein: its expressional regulation, phylogenetic origin, and implications for its specific physiological function in plants". Plant J. 12 (1): 179–90. PMID 9263459. doi:10.1046/j.1365-313X.1997.12010179.x. 
18. Baier M, Dietz KJ (abril de 1999). "Protective function of chloroplast 2-cysteine peroxiredoxin in photosynthesis. Evidence from transgenic Arabidopsis". Plant Physiol. 119 (4): 1407–14. PMC 32026. PMID 10198100. doi:10.1104/pp.119.4.1407. 
19. Baier M, Ströher E, Dietz KJ (agosto de 2004). "The acceptor availability at photosystem I and ABA control nuclear expression of 2-Cys peroxiredoxin-A in Arabidopsis thaliana". Plant Cell Physiol. 45 (8): 997–1006. PMID 15356325. doi:10.1093/pcp/pch114. 

Véxase tamén

Outros artigos

• Catalase
• Estrés oxidativo
• Peroxidase
• Especies reactivas do oxíxeno
• Superóxido dismutase

Este artigo incorpora textos en dominio público procedentes de Pfam e InterPro IPR000866