รูเบรดอกซิน
รูเบรดอกซินโดเมน ii จาก Pseudomonas oleovorans
ตัวระบุ
เครื่องหมาย	รูเบรดอกซิน
พีแฟม	PF00301
ตระกูลพีแฟม	ซีแอล0045
อินเตอร์โปร	IPR004039
โปรไซต์	PDOC00179
สโคป2	7rxn / SCOPe / SUPFAM
โครงสร้างโปรตีนที่มีอยู่: พีดีบี   IPR004039 PF00301 ( ECOD ; PDBsum )   อัลฟาโฟลด์ IPR004039 PF00301

รูเบรดอกซิน เป็นโปรตีนที่มี ธาตุเหล็ก เป็น องค์ประกอบที่มีน้ำหนักโมเลกุลต่ำพบในแบคทีเรียและอาร์เคีย ที่เผาผลาญ กำมะถัน บางครั้งรูเบรดอกซินถูกจัดเป็นโปรตีนเหล็ก-กำมะถันอย่างไรก็ตาม ต่างจากโปรตีนเหล็ก-กำมะถัน รูเบรดอกซินไม่มีซัลไฟด์อนินทรีย์ เช่นเดียวกับไซโตโครมเฟอร์เรดอกซินและโปรตีนรีสเก รูเบรดอกซินเชื่อว่ามีส่วนร่วมในการถ่ายโอนอิเล็กตรอนในระบบชีวภาพ งานวิจัยล่าสุดในแบคทีเรีย^{[ 1 ]}และสาหร่าย^{[ 2 ]}นำไปสู่สมมติฐานที่ว่ารูเบรดอกซินบางชนิดอาจมีบทบาทในการส่งธาตุเหล็กไปยังเมทัลโลโปรตีนแทน

โครงสร้างสามมิติของรูเบรดอกซินจำนวนหนึ่งได้รับการไขปริศนาแล้ว โครงสร้างนี้จัดอยู่ในกลุ่ม α+β โดยมีα-เฮลิกซ์ 2 อัน และβ-สแตรนด์ 2-3 อัน บริเวณออกฤทธิ์ของรูเบรดอกซินมีไอออนเหล็กซึ่งถูกประสานโดยกำมะถันของ หมู่ ซิสเทอีน ที่อนุรักษ์ไว้ 4 หมู่ ก่อตัวเป็นรูปทรงสี่เหลี่ยมด้านเท่าเกือบปกติ บางครั้งเรียกว่าระบบ [1Fe-0S] หรือ Fe ₁ S ₀โดยเปรียบเทียบกับระบบการตั้งชื่อโปรตีนเหล็ก-กำมะถัน แม้ว่ารูเบรดอกซินส่วนใหญ่จะละลายได้ แต่ก็มีรูเบรดอกซินที่ยึดติดกับเยื่อหุ้มเซลล์ ซึ่งเรียกว่ารูเบรดอกซิน Aในโฟโตออโตโทรฟที่สร้างออกซิเจน^{[ 3 ]}

รูเบรดอกซินทำการถ่ายโอนอิเล็กตรอนหนึ่งตัว อะตอมเหล็กตรงกลางจะเปลี่ยน สถานะออกซิเดชันระหว่าง +2 และ +3 ในทั้งสองสถานะออกซิเดชัน โลหะยังคงมีสปินสูงซึ่งช่วยลดการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างให้น้อยที่สุดศักยภาพการลดลงของรูเบรดอกซินโดยทั่วไปอยู่ในช่วง +50 มิลลิโวลต์ถึง -50 มิลลิโวลต์

โปรตีนเหล็ก-กำมะถันนี้เป็นตัวนำอิเล็กตรอน และสามารถแยกแยะการเปลี่ยนแปลงของศูนย์กลางโลหะได้ง่าย: สถานะออกซิไดซ์จะมีสีแดง (เนื่องจากการถ่ายโอนประจุของโลหะลิแกนด์) ในขณะที่สถานะรีดิวซ์จะไม่มีสี (เนื่องจากการเปลี่ยนผ่านของอิเล็กตรอนมีพลังงานในระดับอินฟราเรด ซึ่งตาเปล่าไม่สามารถมองเห็นได้)

• EC 1.14.15.2แคมเฟอร์ 1,2-โมโนออกซิเจเนส [(+)-แคมเฟอร์, รูเบรดอกซินรีดิวซ์: ออกซิเจนออกซิโดรีดักเทส (1,2-แลคโตไนซิง)]
  • (+)-bornane-2,5-dione + rubredoxin ที่ถูกรีดิวซ์ + O ₂ = 5-oxo-1,2-campholide + rubredoxin ที่ถูกออกซิไดซ์ + H ₂ O
• EC 1.14.15.3อัลเคน 1-โมโนออกซิเจเนส (อัลเคน, รูเบรดอกซินรีดิวซ์: ออกซิเจน 1-ออกซิโดรีดักเทส)
  • ออกเทน + รูเบรดอกซินที่ถูกรีดิวซ์ + O₂ ₌ 1-ออกทานอล + รูเบรดอกซินที่ถูกออกซิไดซ์+ _H₂O
• EC 1.15.1.2ซูเปอร์ออกไซด์รีดักเทส (รูเบรดอกซิน:ซูเปอร์ออกไซด์ออกซิโดรีดักเทส)
  • รูเบรดอกซินที่ถูกรีดิวซ์ + ซูเปอร์ออกไซด์ + 2 H ⁺ = รูเบ ร ดอกซิ _น + _H2O2
• EC 1.18.1.1รูเบรดอกซิน—NAD ⁺รีดักเทส (รูเบรดอกซิน:NAD ⁺ออกซิโดรีดักเทส)
  • รูเบรดอกซินที่ถูกรีดิวซ์ + NAD ⁺ = รูเบรดอกซินที่ถูกออกซิไดซ์ + NADH + H ⁺
• EC 1.18.1.4รูเบรดอกซิน—NAD(P) ⁺รีดักเทส (รูเบรดอกซิน:NAD(P) ⁺ออกซิโดรีดักเทส)
  • รูเบรดอกซินที่ถูกรีดิวซ์ + NAD(P) ⁺ = รูเบรดอกซินที่ถูกออกซิไดซ์ + NAD(P)H + H ⁺

อัตราการแลกเปลี่ยนอิเล็กตรอนถูกกำหนดอย่างแม่นยำโดยการวัดจลนศาสตร์มาตรฐานของ สเปกตรัม การดูดกลืนแสงที่มองเห็นได้ (490 นาโนเมตร) ^{[ 4 ]}อัตราการถ่ายโอนอิเล็กตรอนมีพารามิเตอร์สามตัว ได้แก่ การจับคู่ทางอิเล็กทรอนิกส์ พลังงานการจัดเรียงใหม่ และพลังงานอิสระของปฏิกิริยา (Δ G °)

ปฏิกิริยาการถ่ายโอนอิเล็กตรอนของรูเบรดอกซินดำเนินการโดยการจับคู่รีดอกซ์ Fe ³⁺ /Fe ²⁺ แบบย้อนกลับได้ โดยการลด Fe ³⁺เป็น Fe ²⁺และกลไกการเปิดปิดที่เกิดจากการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างของ Leu41 ^{[ 5 ]}

^{เมื่อ Fe 3+}ถูกรีดิวซ์เป็น Fe ²⁺ความยาวพันธะ Fe-S ทั้งสี่จะเพิ่มขึ้น และพันธะไฮโดรเจนระหว่างอะไมด์-NH กับ S(Cys) จะสั้นลง โครงสร้าง Fe ²⁺ ที่ถูกรีดิวซ์ ของรูเบรดอกซินส่งผลให้ความเสถียรทางไฟฟ้าสถิตของพันธะไฮโดรเจนระหว่างอะไมด์-NH กับ S-Cys เพิ่มขึ้นเล็กน้อย ส่งผลให้พลังงานการจัดเรียงตัวใหม่ลดลง ทำให้การถ่ายโอนอิเล็กตรอนเร็วขึ้น^{[ 5 ]}

กลไกการเปิดปิดที่เกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างของโซ่ข้างที่ไม่เป็นขั้วของ Leu41 ช่วยรักษาเสถียรภาพของสถานะออกซิเดชัน Fe ²⁺ การกลายพันธุ์แบบกำหนดตำแหน่งของ Leu41 เป็นอะลานีนแสดงให้เห็นการเปลี่ยนแปลงศักยภาพรีดอก ซ์ Fe ^3+/2+ 50 mV ^{[ 6 ]}การแทนที่ด้วย CH ₃ ที่มีขนาดเล็กกว่า แสดงให้เห็นว่าโซ่ข้างของ Leu41 ช่วยรักษาเสถียรภาพของสถานะออกซิเดชัน Fe ²⁺ได้มากกว่าสถานะออกซิเดชัน Fe ³⁺ โครงสร้างเอกซ์เรย์ในสถานะ Fe ²⁺ ที่ลดลง แสดงให้เห็นว่าโซ่ข้างของ Leu41 มีโครงสร้างสองแบบที่แตกต่างกัน โดย 40% อยู่ใน "โครงสร้างแบบเปิด" และ 60% อยู่ใน "โครงสร้างแบบปิด" ^{[ 5 ]}โซ่ข้างที่ไม่เป็นขั้วของ Leu41 ควบคุมการเข้าถึงไซต์รีดอกซ์โดยการใช้โครงสร้างแบบเปิดหรือแบบปิด ในสถานะ Fe ²⁺ ที่ลดลง โซ่ข้างของ Leu41 จะหันออกจาก Cys 9 Sγ ทำให้ Cys 9 Sγ ถูกเปิดออกและเพิ่มขั้วของศูนย์ Fe ³⁺ /Fe ^{2+ [1]} การเปลี่ยนแปลงของแคตไอออน Fe ²⁺ ที่ต่ำกว่า ในสถานะที่ลดลงทำให้มีประจุลบสูงขึ้นบนตัวให้ Cys 9 Sγ ซึ่งดึงดูดน้ำอย่างมาก ส่งผลให้น้ำสามารถแทรกซึมและสร้างพันธะไฮโดรเจนกับไทโอเลตของ Cys 9 Sγ ซึ่งปิดกั้นไม่ให้ประตูปิด ส่งผลให้โครงสร้างเปิด ในทางตรงกันข้าม สถานะ Fe ³⁺ ที่ถูกออก ซิไดซ์จะสร้างตัวให้ Cys 9 Sγ ที่มีประจุลบน้อยกว่าซึ่งไม่ดึงดูดน้ำอย่างมาก หากไม่มีพันธะไฮโดรเจนของน้ำกับ Cys 9 Sγ ประตูก็จะยังคงปิดอยู่ ดังนั้น โครงสร้างของ Leu41 จึงถูกกำหนดโดยการมีอยู่ของน้ำและสถานะออกซิเดชันของรูเบรดอกซิน ความใกล้ชิดของน้ำกับตำแหน่งออกฤทธิ์ [Fe(S-Cys) ₄ ] ^2-ทำให้ประจุลบสุทธิที่สูงขึ้นของสถานะออกซิเดชัน Fe ^{2+ มีเสถียรภาพมากขึ้น [ 5 ]}การทำให้สถานะออกซิเดชัน Fe ²⁺มีเสถียรภาพมากขึ้นจะทำให้ศักยภาพการลดเปลี่ยนไปเป็นค่า E ^{0 ที่เป็นบวกมากขึ้น [ 5 ]}

• เคมีชีวอนินทรีย์
• โปรตีนเหล็ก-ซัลเฟอร์
• เฟอร์เรดอกซิน
• ไซโตโครม
• โปรตีนรีสเก้

• PDB : 1IRO​ – โครงสร้างเอกซ์เรย์ของรูเบรดอกซินจาก Clostridium pasteurianum
• PDB : 1VCX​ – โครงสร้างการเลี้ยวเบนของนิวตรอนของรูเบรดอกซินจาก Pyrococcus furiosus
• InterPro :  IPR001052 – ข้อมูลสำหรับรูเบรดอกซินในระบบ InterPro
• โปรตีนเหล็ก-ซัลเฟอร์เล็กน้อย