Please use this identifier to cite or link to this item: https://hdl.handle.net/20.500.14279/11506
Title: UV/Vis και FTIR φασματοσκοπική μελέτη της δέσμευσης του διοξειδίου του άνθρακα (CO2) στην κυτοχρωμική οξείδαση ba3 από το Thermus thermophilus
Authors: Αγαθοκλέους, Ιάκωβη 
Keywords: Cytochrome c oxidase;Thermus thermophilus;Ultraviolet/visible;Fourier transform infrared;Carbon dioxide
Advisor: Koutsoupakis, Constantinos
Issue Date: May-2018
Abstract: Cytochrome c oxidase is the final complex of the respiratory chain and catalyzes the exergonic four-electron reduction of molecular oxygen (O2) to water (H2O). This redox-driven enzyme conserves part of the released free energy generating a proton motive force that leads to the synthesis of the main biological energy source ATP. Ba3-cytochrome c oxidase is a B-type oxidase from the extremely thermophilic eubacterium Thermus thermophilus, expressed under elevated temperatures, thus limited oxygen supply, and subjected to discrete ligand binding and electron transfer properties. The ba3 oxygen reductase from Thermus thermophilus is the only B-type oxidase whose crystallographic structure has been determined. It consists of three subunits with a total of 764 amino acid residues. The low-spin heme b and the binuclear heme a3-CuB active center are contained in subunit I and the mixed valence homodinuclear (CuA1.5+-CuA1.5+) copper complex in subunit II. In addition to the 4 e- reduction of O2, cytochrome ba3 also catalyzes the 2 e- reduction of nitric oxide (NO) to nitrous oxide (N2O), and the 2 e- oxidation of carbon monoxide (CO) to carbon dioxide (CO2), with the latter having an overall scheme: Fea33+-CuB2+ + CO + H2O  Fea32+-CuB1+ + CO2 + 2 H+ Therefore, since carbon dioxide is the product of a catalytically active path of cytochrome ba3, the characterization of its binding to the binuclear center becomes an important issue. The objective of this study is to reveal the CO2 mode of binding toba3-cytochrome c oxidase. Ultraviolet/visible (UV/Vis) and Fourier transform Infrared (FTIR)spectroscopies are structure- and redox-sensitive tools able to monitor the binding, of carbon dioxide, a catalytically active ligand. Carbon dioxide (CO2),through its antisymmetric stretching mode, carries a clear and strong infrared signature, that can be used as a sensitive probe of its interactions into the binuclear center. The obtained UV/Vis and FTIR spectra are compatible with a weak, non-bonding binding of carbon dioxide into a secondary binding site of the enzyme. This binding is governed by electrostatic interactions, evidenced by the small downshift of the antisymmetric stretching vibration of CO2. The combined results suggest as the binding site the previously revealed cavity next to heme a3, which has been proven as a temporary host of ligands and lead to mechanistic conclusions about the possible, thermodynamically and kinetically, active paths that other catalytically important molecules also may follow. These paths are known to play significant role during catalysis, mainly through ligand (substrate) recognition and discrimination and serve as entrance (input) and/or exit (output) channels to and/or from the active center.
Description: Η κυτοχρωμική οξειδάση ba3 είναι το τελικό σύμπλεγμα της αναπνευστικής αλυσίδας και καταλύει την τεσσάρων ηλεκτρονίων αναγωγή του O2 σε H2O. Η ελεύθερη ενέργεια αυτής της αντίδρασης διατηρείται σαν μία διαμεμβρανική βαθμίδωση πρωτονίων η οποία οδηγεί στην σύνθεση της κύριας βιολογικής πηγής ενέργειας ΑΤΡ. Η κυτοχρωμική οξειδοαναγωγάση ba3 είναι οξειδάση τύπου Β από το εξαιρετικά θερμόφιλο βακτήριο Thermus thermophilus, που εκφράζεται υπό υψηλές θερμοκρασίες, περιορίζοντας έτσι την παροχή οξυγόνου και υποβάλλεται σε διακριτές ιδιότητες πρόσδεσης και μεταφοράς ηλεκτρονίων. Η ba3 αναγωγάση οξυγόνου από το Thermus thermophilus είναι η μόνη οξειδάση τύπου Β της οποίας η κρυσταλλογραφική δομή έχει προσδιοριστεί. Αποτελείται από τρεις υπομονάδες με συνολικά 764 υπολείμματα αμινοξέων, ομο-διπυρηνικό σύμπλοκο χαλκού, CuA στην υπομονάδα ΙΙ, μια χαμηλού spin αίμη b και ένα διπυρηνικό κέντρο που αποτελείται από ένα άτομο χαλκού CuB και μια υψηλού spin αίμη α3 που βρίσκονται στην υπομονάδα Ι και το ομοδιπυρηνικό σύμπλοκο χαλκού (CuA1.5+-CuA1.5+) στην υπομονάδα II. Η κυτοχρωμική οξειδάση ba3 καταλύει την ενεργειακή απόδοση της αναγωγής του μονοξειδίου του αζώτου (ΝΟ) σε μονοξείδιο του διαζώτου (Ν2Ο) και της οξείδωση του μονοξειδίου του άνθρακα (CO) σε διοξείδιο του άνθρακα (CO2), με το τελευταίο να έχει μία γενική αντίδραση: Fea33+-CuB2+ + CO + H2O  Fea32+-CuB1+ + CO2 + 2 H+ Επομένως, δεδομένου ότι το διοξείδιο του άνθρακα είναι προϊόν μίας από τις καταλυτικές αντιδράσεις της ba3, ο χαρακτηρισμός της δέσμευσης του στο δινουκλεϊκό κέντρο γίνεται σημαντικό ζήτημα. Ο στόχος αυτής της μελέτης είναι να αποκαλυφθεί ο τρόπος δέσμευσης του CO2 με την οξειδάση ba3-κυτοχρώματος c. Οι φασματοσκοπίες ορατού - υπεριώδους (UV/Vis) και υπερύθρου με μετασχηματισμό Fourier (FTIR) είναι εργαλεία ευαίσθητα στη δομή και στην οξειδοαναγωγή, ικανά να παρακολουθούν τη δέσμευση του διοξειδίου του άνθρακα, ενός καταλυτικά δραστικού συνδέτη. Το διοξείδιο του άνθρακα (CO2), μέσω του ασύμμετρου τρόπου δόνησης, φέρει μια σαφή και ισχυρή υπέρυθρη απορρόφηση, που μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως ευαίσθητος ιχνηλάτης των αλληλεπιδράσεών του στο δινουκλεϊκό κέντρο. Τα ληφθέντα φάσματα UV/Vis και FTIR είναι συμβατά με μία ασθενή, μη δεσμευτική σύνδεση διοξειδίου του άνθρακα σε μια δευτερεύουσα θέση πρόσδεσης του ενζύμου. Αυτή η δέσμευση ρυθμίζεται από ηλεκτροστατικές αλληλεπιδράσεις, που αποδεικνύεται από τη μικρή μετατόπιση του ασύμμετρου τρόπου δόνησης του CO2. Τα συνδυασμένα αποτελέσματα υποδηλώνουν ως θέση πρόσδεσης την κοιλότητα που βρίσκεται δίπλα στην αίμη α3, η οποία έχει αποδειχθεί ως ένας προσωρινός ξενιστής και οδηγεί σε συμπεράσματα σχετικά με τις δυναμικές, θερμοδυναμικές και κινητικές, δραστικές διαδρομές που μπορούν να ακολουθήσουν και άλλα καταλυτικά σημαντικά μόρια. Αυτές οι διαδρομές είναι γνωστό ότι παίζουν σημαντικό ρόλο κατά την διάρκεια της κατάλυσης, κυρίως μέσω της αναγνώρισης και της διάκρισης του συνδέτη (υποστρώματος) και χρησιμεύουν ως κανάλια εισόδου και/ή εξόδου προς και/ή από το ενεργό κέντρο.
URI: https://hdl.handle.net/20.500.14279/11506
Rights: Απαγορεύεται η δημοσίευση ή αναπαραγωγή, ηλεκτρονική ή άλλη χωρίς τη γραπτή συγκατάθεση του δημιουργού και κάτοχου των πνευματικών δικαιωμάτων.
Type: Bachelors Thesis
Affiliation: Cyprus University of Technology 
Appears in Collections:Πτυχιακές Εργασίες/ Bachelor's Degree Theses

Files in This Item:
File Description SizeFormat
Abstract.pdfAbstract255.24 kBAdobe PDFView/Open
CORE Recommender
Show full item record

Page view(s)

168
Last Week
2
Last month
5
checked on Jul 18, 2024

Download(s) 20

107
checked on Jul 18, 2024

Google ScholarTM

Check


Items in KTISIS are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.