The extraordinary catalytic ability of peroxiredoxins: a combined experimental and QM/MM study on the fast thiol oxidation step

Peroxiredoxins (Prxs) catalyze the reduction of peroxides, a process of key relevance in a variety of cellular processes. The first step in the catalytic cycle of all Prxs is the oxidation of a cysteine residue to sulfenic acid, which occurs 103–107 times faster than in free cysteine. We present an experimental kinetics and hybrid QM/MM investigation to explore the reaction of Prxs with H2O2 using alkyl hydroperoxide reductase E from Mycobacterium tuberculosis as a Prx model. We report for the first time the thermodynamic activation parameters of H2O2 reduction using Prx, which show that protein significantly lowers the activation enthalpy, with an unfavourable entropic effect, compared to the uncatalyzed reaction. The QM/MM simulations show that the remarkable catalytic effects responsible for the fast H2O2 reduction in Prxs are mainly due to an active-site arrangement, which establishes a complex hydrogen bond network activating both reactive species.Fil: Zeida Camacho, Ari Fernando. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía; Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Departamento de Química Inorgánica, Analítica y Química Física; ArgentinaFil: Reyes, Aníbal M.. Universidad de la República; UruguayFil: González Lebrero, Mariano Camilo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Química y Físico-Química Biológicas "Prof. Alejandro C. Paladini". Universidad de Buenos Aires. Facultad de Farmacia y Bioquímica. Instituto de Química y Físico-Química Biológicas; Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Farmacia y Bioquímica. Departamento de Química Biológica; ArgentinaFil: Radi Isola, Rafael. Universidad de la República; UruguayFil: Trujillo, Madia. Universidad de la República; UruguayFil: Estrin, Dario Ariel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía; Argentin

Multifunctional cytochrome c: learning new tricks from an old dog

Cytochrome c (cyt c) is a small soluble heme protein characterized by a relatively flexible structure, particularly in the ferric form, such that it is able to sample a broad conformational space. Depending on the specific conditions, interactions, and cellular localization, different conformations may be stabilized, which differ in structure, redox properties, binding affinities, and enzymatic activity. The primary function is electron shuttling in oxidative phosphorylation, and is exerted by the so-called native cyt c in the intermembrane mitochondrial space of healthy cells. Under pro-apoptotic conditions, however, cyt c gains cardiolipin peroxidase activity, translocates into the cytosol to engage in the intrinsic apoptotic pathway, and enters the nucleus where it impedes nucleosome assembly. Other reported functions include cytosolic redox sensing and involvement in the mitochondrial oxidative folding machinery. Moreover, post-translational modifications such as nitration, phosphorylation, and sulfoxidation of specific amino acids induce alternative conformations with differential properties, at least in vitro. Similar structural and functional alterations are elicited by biologically significant electric fields and by naturally occurring mutations of human cyt c that, along with mutations at the level of the maturation system, are associated with specific diseases. Here, we summarize current knowledge and recent advances in understanding the different structural, dynamic, and thermodynamic factors that regulate the primary electron transfer function, as well as alternative functions and conformations of cyt c. Finally, we present recent technological applications of this moonlighting protein.Fil: Álvarez Paggi, Damián Jorge. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía; Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Departamento de Química Inorgánica, Analítica y Química Física; ArgentinaFil: Hannibal, Luciana. Universitätsklinikum Freiburg; Alemania. Universidad de la República; UruguayFil: Castro, Maria Ana. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía; Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Departamento de Química Inorgánica, Analítica y Química Física; ArgentinaFil: Oviedo Rouco, Santiago. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía; Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Departamento de Química Inorgánica, Analítica y Química Física; ArgentinaFil: Demicheli, Veronica. Universidad de la República; UruguayFil: Tórtora, Veronica. Universidad de la República; UruguayFil: Tomasina, Florencia. Universidad de la República; UruguayFil: Radi Isola, Rafael. Universidad de la República; UruguayFil: Murgida, Daniel Horacio. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía; Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Departamento de Química Inorgánica, Analítica y Química Física; Argentin