Superoxide reductase: Mechanism of electron transfer to the active site and the role of lysine 48 in catalysis.
Superoxyde réductase : Mécanisme de transfert d'électrons vers le site actif et rôle de la lysine 48 dans la catalyse.
Résumé
Superoxide reductase (SOR) is a metalloprotein which catalyses the reduction of the superoxide into H2O2. For its catalytic activity, SOR requires physiological partners as electron donor (cellular reductases). SORs of Class 1, such as that of Desulfoarculus baarsii, possess besides the active site, an additional iron center, rubredoxin type with an unknown function. We showed that this center plays a role of electronic relay between reductases and the active site of SOR. However, this electron transfer between the rubredoxin center and the active site is intermolecular, between two molecules of SOR. We propose that the presence of this iron center allows the SOR to adapt to various cellular reductases in order to optimize its detoxification activity. The catalytic mechanism of the SOR had been studied by rapid kinetic. We show that the previous studies on the SOR from D. baarsii were perturbed by a photochemical phenomenon. The reaction mechanism has been reinvestigated and allowed us to propose a new reaction mechanism of reduction of the superoxide by the SOR of D. baarsii. Our studies on the SOR mutant K48I of D. baarsii allowed us to bring to light the essential role of that lysine 48 in the protonation of the reaction intermediate Fe3+-OOH. In absence of this lysine, this reaction intermediate does not drive any more to the formation of the product of the reaction H2O2. Our data suggest that in absence of this lysine, the intermediate Fe3+-OOH evolves towards a iron-oxo type species, as observed in the cytochrome P450 oxygenases. So, the lysine 48 appears as an essential residue, which allows the SOR to direct the evolution of the intermediary Fe3+-OOH.
La superoxyde réductase (SOR) est une métalloprotéine qui catalyse la réduction du superoxyde en H2O2. Pour son activité catalytique, la SOR nécessite des réductases cellulaires comme donneurs d'e-. Les SORs de Classe 1, telle que celle de Desulfoarculus baarsii, possèdent en plus du site actif, un centre de type rubrédoxine dont la fonction est inconnue. Nous avons montré que ce centre peut jouer un rôle de relais électronique entre les réductases et le site actif de la SOR. Cependant, ce transfert d'e- entre le centre rubrédoxine et le site actif se fait de façon intermoléculaire, entre deux molécules de SOR. Nous proposons que ce centre permet à la SOR de s'adapter à une large gamme de réductases cellulaires et optimise ainsi l'activité de détoxification du O2•- de la SOR. Le mécanisme catalytique de la SOR a été très étudié par cinétique rapide. Nous montrons que les études antérieures sur la SOR de D. baarsii ont été perturbées par un phénomène photochimique. Les études du mécanisme de la SOR ont été reprises et nous ont permis de proposer un nouveau mécanisme réactionnel de réduction du superoxyde par la SOR de D. baarsii. Nos études sur le mutant SOR K48I de D. baarsii ont permis de mettre en évidence le rôle essentiel de la lysine 48 dans la protonation de l'intermédiaire réactionnel Fe3+-OOH. En absence de cette lysine, cet intermédiaire ne conduit plus à la formation du produit de la réaction H2O2. Nos données suggèrent que l'intermédiaire Fe3+-OOH évolue alors vers une espèce de type fer-oxo, comme dans les oxygénases de type cytochrome P450. Ainsi, la lysine 48 apparaît comme un résidu essentiel, qui permet à la SOR d'orienter l'évolution de l'intermédiaire Fe3+-OOH.
Loading...