Oksygenaza karotenoidów (Carotenoid Oxygenase)
David S. Goodsell, tłum. Filip Gołębiowski | 2008-04-25
Zjedz swoją marchewkę bo oślepniesz! Biochemicznym uzasadnieniem tego napomnienia z dzieciństwa, jest nasza potrzeba retinalu, witaminy A, który tworzy w naszych oczach barwnik absorbujący światło. Niestety komórki nie potrafią same go wytworzyć, więc musimy go im dać w posiłku. Na dwa sposoby zazwyczaj dostarczamy nam samym dzienną porcję witaminy A. Retinal, lub podobne do niego cząsteczki przyjmujemy podczas jedzenia mięsa. Możemy też jeść takie cząsteczki, które są łatwo przekształcane w retinal. W tym właśnie miejscu opowieści pojawiają się marchewki! Są one pełne beta-karotenu, który nasze komórki rozkładają tworząc dwie cząsteczki retinalu.
Kolorowe karotenoidy
Jasne kolory marchewki, oraz wielu innych pomarańczowych i żółtych warzyw istnieją dzięki cząsteczkom takim jak beta-karoten. Karotenoidy są długie i cienkie, z ułożonym w szereg sznurem podwójnych wiązań międzywęglowych. Te wiązania absorbują światło nadając karotenoidom charakterystyczny dla nich żółty kolor. Setki innych rodzai odkryto u różnych roślin, w których nadają barwę kwiatom, liściom, owocom a nawet korzeniom. Karotenoidy są bardzo użyteczne tak dla roślin jak i dla ludzi je jedzących. U roślin karotenoidy wspomagają cząsteczki chlorofilu podczas absorbcji światła w fotosyntezie. Karotenoidy pochłaniają też nadmiar światła, kiedy osiąga ono niebezpieczny poziom. Nasza siatkówka zawiera karotenoidy takie jak luteina, chroniąca oczy przed mogącym je uszkodzić nadmiarem światła. Karotenoidy służą też jako antyoksydanty które wyłąpują reaktywne formy tlenu niszcząc je zanim one uszkodzą naszą cząsteczkową maszynerię.
Cięcie karotenoidów
Oksygenaza karotenoidów łapie cząsteczkę karotenoidu we wnętrzu głębokiej kieszeni i przy udziale tlenu, rozłamuje na dwa fragmenty. W reakcji asystuje jon żelaza, pomagając w prawidłowym umiejscowieniu i aktywacji cząsteczki tlenu. Pokazany tu enzym, o numerze PDB 2biw, pochodzi z cyjanobakterii i rozcina centralne wiązanie w wielu karotenoidach. Nasz własny enzym potrafi rozerwać beta-karoten w centrum, tworząc dwie cząsteczki retinalu. Więcej informacji na temat tej rodziny enzymów, z punktu widzenia genomiki, możesz znaleźć na stronie Białka Miesiąca, Europejskiego Instytutu Bioinformatyki (Protein of the Month at the European Bioinformatic Institute).
Działnie karotenu i retinalu
Karotenoidy i ich pochodne możesz spotkać *przy pracy* w wielu strukturach z bazy PDB. Dużą ilość czątsteczek beta-karotenu można znaleźć w fotosystemach używanych do wyłapywania światła podczas reakcji fotosyntezy. Przykład taki pokazany jest po (rys.2, strona lewa; dop.red.) to fotosystem I cyjanobakterii, z pliku PDB o numerze 1jb0. Na pomarańczowo pokazanych jest tam wiele cząsteczek beta-karotenu otaczających brzeg molekuły. Retinal ma połowę tej wielkości co beta-karoten i można go znaleźć w białkach wrażliwych na światło, takich jak rodopsyna, pokazana na tym samym obrazie po prawej stronie na podstawie pliku PDB 1f88. Pokazany w niej na fioletowo retinal jest umieszczony głęboko we wnętrzu białka i przyłączony do aminokwasu lizyny.
Odkrywanie struktury
Plik PDB 2biw zawiera pierwszą strukturę oksygenazy karotenoidów, ujawniającą mechanistyczne detale tej ważnej klasy enzymów. Pokazany rysunek przedstawia zbliżenie na centrum aktywne. Pokazany na pomarańczowo karotenoid jest przytrzymywany blisko pokazanego na róźowo atomu żelaza. Uważa się, że dwie cząsteczki wody, pozkazane jako czerwone kule, znajdują się mniej więcej w miejscu w którym wiąże się tlen, kiedy zachodzi reakcja rozcięcia wiązania. Zwróć uwagę, że atom żelaza jest uchwycony przez cztery perfekcyjnie ustawione aminokwasy, histydyny.
Te rysunki zostały stworzone programem RasMol. Możesz stworzyć podobne obrazy klikając na kod struktury i wybierając jedną z opcji w panelu *View Structure*. Kiedy będziesz oglądać tą strukturę, zauważ że plik PDB zawiera cztery oddzielne cząsteczki enzymu. Prawdopodobniej będziesz chciał oglądnąć tylko jeden z łańcuchów.
Lista wpisów do bazy PDB związanych z oksygenazą karotenoidów w dniu drugim czerwca 2005 jest dostępna tutaj. Więcej informacji o oksygenazach możesz znaleźć tutaj.
Oryginalna podstrona w "Molecule of the Month", by David S. Goodsell: Carotenoid Oxygenase.