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Heme binding properties of glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase

Hannibal, L., Collins, D., Brassard, J., Chakravarti, R., Vempati, R., Dorlet, P., Santolini, J., Dawson, J.H., et Stuehr, D.J. (2012). « Heme binding properties of glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase. », Biochemistry, 51(43), p. 8514-8529. doi : 10.1021/bi300863a  Accès au texte intégral (en anglais seulement)

Résumé

La glycéraldéhyde-3-phosphate déshydrogénase (GAPDH) est une enzyme glycolytique qui fonctionne aussi pour la régulation de la transcription, le stress oxydatif, le trafic vésiculaire et l’apoptose. La GAPDH étant requise pour l’insertion de l’hème cellulaire dans la synthase inductible par l’oxyde nitrique [Chakravarti, R., et al. (2010) Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 107, 18004-18009], nous avons caractérisé de manière exhaustive les propriétés de liaison à l’hème de la GAPDH. Des quantités sub-stoechiométriques d’hème ferrique se lient à la GAPDH (une hème par tétramère de GAPDH) pour former un complexe à faible spin ayant des maxima dans la région UV–visible à 362, 418 et 537 nm, et une fois réduit en complexe ferreux avec des maxima à 424, 527 et 559 nm. Les constantes de vitesse d’association de l’hème ferrique et de dissociation à 10 °C étaient les suivantes : kon = 17800 M-1.s-1, koff1 = 7,0 × 10-3 s-1 et koff2 = 3,3 × 10-4 s-1 (donnant des affinités approximatives de 19-390 nM). L’hème ferreuse se lie moins bien à la GAPDH et se dissocie avec un koff de 4,2 × 10-3 s-1. Des données de dichroïsme circulaire magnétique, de résonance Raman et de spectroscopie de résonance paramagnétique électronique sur les complexes ferriques, ferreux et ferreux/CO de GAPDH ont montré que l’hème est liée doublement avec His au niveau du ligand proximal. Le ligand distal dans le complexe ferrique n’était pas déplacé par CN- ou N3-, mais pouvait l’être dans le complexe ferreux par CO à une vitesse de 1,75 s-1 (pour > 0,2 mM de CO). Des études avec des analogues d’hème ont révélé une sélectivité en fonction du métal de coordination et de la structure du cycle de porphyrine. Le complexe GAPDH-hème a été isolé de la bactérie induite pour exprimer la GAPDH de lapin en présence d’acide δ-aminolévulinique. Notre découverte de la liaison de l’hème à la GAPDH étend les rôles potentiels des protéines. La force, la sélectivité, la réversibilité et la sensibilité redox de la liaison de l’hème à la GAPDH sont cohérentes avec le fait qu’elle fonctionne en tant que détecteur de l’hème ou de chaperon de l’hème dans les cellules.

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