Chương 1 TỔNG QUAN
1.2. ENZYME METHIONINE SULFOXIDE REDUCTASE (MSR) VÀ CƠ
1.2.4. Cơ chế sửa chữa oxi hóa Met của hệ thống MSR
Vào đầu những năm 90 của thế kỉ XX, các gen MSRA trong vi khuẩn E. coli lần đầu tiên được nhóm nghiên cứu của Rahman tách dịng, giải trình tự, biểu hiện vào một protein tái tổ hợp. Ngay sau đó, gen MSRA của bị cũng được tách dịng, mở đường cho các nghiên cứu về cấu trúc, di truyền của gen MSRA trên số lượng lớn vi khuẩn và động vật có vú. Các MSRA được phân lập từ tất cả các lồi có khối
lượng phân tử khoảng 25 kDa. Trong trình tự các axit amin của MSRA cho thấy sự xuất hiện của một trình tự bảo thủ (GCFWG) tại đầu N của protein. Các Cystein (Cys) trong trình tự này đã được chứng minh rất cần thiết cho hoạt tính xúc tác của enzyme MSR. Ở vi khuẩn E. coli, Cys 52 nằm trong cấu trúc trung tâm hoạt động của MSRA, do đó việc gây đột biến thay thế Cys thành Ser (C52 → S52) làm enzyme mất khả năng bảo vệ tế bào vi khuẩn chống lại sự tấn công của ROS [58].
Có 3 mơ hình được đề xuất cho cơ chế hoạt động của các enzyme MSR được minh họa trong hình 1.9 [3]. Trong đó, mơ hình cấu trúc khử có sự tham gia của các Cys tái tạo gặp ở hầu hết hệ thống các MSRA, fRMSR và 70% các MSRB.
Mơ hình (A): Hoạt động của enzyme MSR cần một cấu trúc khử gồm 3 phân tử
Cys: 1 Cys (gọi tắt là A) có vai trị xúc tác phản ứng khử MetO và 2 Cys (gọi tắt là B và C) có vai trị tái tạo (phục hồi) hoạt động của Cys A. Đầu tiên, Cys A tương tác “nucleophilic” với nguyên tử S trên phân tử MetO (1), Cys A bị oxi hóa thành sulfenic acid đồng thời khử một phân tử MetO về Met (2). Sự mất nước của sulfenic acid dẫn đến hình thành cầu disulfide giữa Cys A và Cys B (3). Trong bước tiếp theo, sự khử Cys A về dạng thiolate và hình thành cầu disulfide giữa Cys B và Cys C sẽ tái tạo hoạt tính xúc tác của Cys A để tiếp tục khử một phân tử MetO khác theo cơ chế đã trình bày ở trên (4). Hợp chất sulfenic acid trung gian thu được ở lần khử thứ hai có thể trở về dạng thiolate trong trường hợp phân tử Met bị oxi hóa (5). Hệ thống thioredoxin (Trx)/ thioredoxin reductase (TrxR)/ NADPH đóng vai trị khử các cầu disulfide giữa Cys B và Cys C, từ đó khơi phục cấu trúc khử đầy đủ của MSR (6) và chu trình khử MetO sẽ bắt đầu lại từ (3). Như vậy, sự có mặt của 2 Cys tái tạo (Cys B và Cys C) sẽ cảm ứng sự khử liên tiếp 2 phân tử MetO, do đó sau mỗi chu kì sẽ có 2 phân tử Met được phục hồi cấu trúc hóa học, cùng với đó giải phóng 2 phân tử H2O sau quá trình khử sulfenic acid.
Mơ hình (B): Khi cấu trúc khử chỉ có 1 Cys B, cơ chế khử MetO của Cys A diễn ra
tương tự mơ hình A, Trx đóng vai trị khử cầu disulfide giữa Cys A và Cys B, tuy nhiên chỉ có 1 phân tử Met được phục hồi sau mỗi chu kì.
Mơ hình (C): Khi cấu trúc khử khơng có Cys tái tạo, sulfenic acid được khử trực tiếp bởi Trx cũng như một số chất khử khác như thioneine, các glutaredoxin để tái tạo hoạt tính xúc tác của Cys A.