Single-turnover of Nitric-oxide Synthase in the Presence of 4-Amino-tetrahydrobiopterin
Single-turnover of Nitric-oxide Synthase in the Presence of 4-Amino-tetrahydrobiopterin
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4-氨基四氢生物蝶呤存在下一氧化氮合酶的单周转
DOI：
10.1074/jbc.m305682200
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发表时间：
2003
影响因子：
4.8
通讯作者：
B. Mayer
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
M. Sørlie;A. Gorren;S. Marchal;Toru Shimizu;R. Lange;K. Andersson;B. Mayer
四氢生物蝶呤 (BH4) 是一氧化氮合酶 (NOS) 的重要辅助因子，作为含氧亚铁·血红素复合物的单电子供体。 4-氨基四氢生物蝶呤 (4-amino-BH4) 是一种有效的 NO 合成抑制剂，尽管它模仿 BH4 的所有变构和结构效应并表现出类似的氧化还原特性。我们通过光学和电子顺磁共振 (EPR) 光谱研究了在 4-氨基-BH4 存在下在 –30 °C 下还原的内皮 NOS 加氧酶结构域与 O2 的反应。以精氨酸为底物，我们观察到三氢蝶啶自由基和相应的含氧血红素物质，Soret 最大值为 428 nm，没有 EPR 信号。 NG-羟基-L-精氨酸(NHA)不会出现蝶呤自由基，而形成轴向亚铁血红素·NO复合物。相应的光谱（Soret 谱带位于 417/423 nm）表明近端硫配体被质子化。因此，4-氨基-BH4 与 Arg 和 NHA 一起充当 Fe(II)·O2 的单电子供体，但任一底物都不能完成反应循环。我们建议 \batchmode \documentclass[fleqn,10pt,legalpaper]{article} \usepackage{amssymb} \usepackage{amsfonts} \usepackage{amsmath} \pagestyle{empty} \begin{document} \(\mathrm{Fe(II)O}_{2}^{-}\) \end{document} 在 4-amino-BH4 存在的情况下被抑制。使用 Arg， \batchmode \documentclass[fleqn,10pt,legalpaper]{article} \usepackage{amssymb} \usepackage{amsfonts} \usepackage{amsmath} \pagestyle{empty} \begin{document} \(\mathrm{O}_{2}^{-}\) \end{document} 解离并与 O2 结合，产生 Fe(II)·O2 和蝶啶激进的；使用NHA，底物与血红素结合的 \batchmode \documentclass[fleqn,10pt,legalpaper]{article} \usepackage{amssymb} \usepackage{amsfonts} \usepackage{amsmath} \pagestyle{empty} \begin{document} \(\mathrm{O}_{2}^{-}\) \end{document} 最终产生 Fe(II)·NO 并还原4-氨基-BH4。这些结果表明 BH4 在期间向 \batchmode \documentclass[fleqn,10pt,legalpaper]{article} \usepackage{amssymb} \usepackage{amsfonts} \usepackage{amsmath} \pagestyle{empty} \begin{document} \(\mathrm{Fe(II)}{\cdot}\mathrm{O}_{2}^{-}\) \end{document} 捐赠一个质子催化作用和 4-氨基-BH4 的抑制作用可能是由于其无法支持这一重要的质子化步骤。
Tetrahydrobiopterin (BH4) is an essential cofactor of nitric-oxide synthase (NOS) that serves as a one-electron donor to the oxyferrous·heme complex. 4-Aminotetrahydrobiopterin (4-amino-BH4) is a potent inhibitor of NO synthesis, although it mimics all allosteric and structural effects of BH4 and exhibits comparable redox properties. We studied the reaction of reduced endothelial NOS oxygenase domain with O2 in the presence of 4-amino-BH4 at –30 °C by optical and electron paramagnetic resonance (EPR) spectroscopy. With Arg as the substrate, we observed a trihydropteridine radical with a corresponding heme species that was oxyferrous, with a Soret maximum at 428 nm and no EPR signal. With NG-hydroxy-l-arginine (NHA) no pterin radical appeared, whereas an axial ferrous heme·NO complex was formed. The corresponding optical spectra, with Soret bands at 417/423 nm, suggest that the proximal sulfur ligand is protonated. Accordingly, 4-amino-BH4 serves as a one-electron donor to Fe(II)·O2 with both Arg and NHA, but the reaction cycle cannot be completed with either substrate. We propose that protonation of \batchmode \documentclass[fleqn,10pt,legalpaper]{article} \usepackage{amssymb} \usepackage{amsfonts} \usepackage{amsmath} \pagestyle{empty} \begin{document} \(\mathrm{Fe(II)O}_{2}^{-}\) \end{document} is inhibited in the presence of 4-amino-BH4. With Arg, dissociation of \batchmode \documentclass[fleqn,10pt,legalpaper]{article} \usepackage{amssymb} \usepackage{amsfonts} \usepackage{amsmath} \pagestyle{empty} \begin{document} \(\mathrm{O}_{2}^{-}\) \end{document} and binding of O2 yields Fe(II)·O2 and a pteridine radical; with NHA, reaction of the substrate with heme-bound \batchmode \documentclass[fleqn,10pt,legalpaper]{article} \usepackage{amssymb} \usepackage{amsfonts} \usepackage{amsmath} \pagestyle{empty} \begin{document} \(\mathrm{O}_{2}^{-}\) \end{document} eventually yields Fe(II)·NO and reduced 4-amino-BH4. These results suggest that BH4 donates a proton to \batchmode \documentclass[fleqn,10pt,legalpaper]{article} \usepackage{amssymb} \usepackage{amsfonts} \usepackage{amsmath} \pagestyle{empty} \begin{document} \(\mathrm{Fe(II)}{\cdot}\mathrm{O}_{2}^{-}\) \end{document} during catalysis and that inhibition by 4-amino-BH4 may be due to its inability to support this essential protonation step.
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