miniaturadaimagem|Representação da reação catalisada pela NDH-2. em amarelo está representada a superfície da proteína. E em cinza a membrana. NDH-2, também conhecida como NADH:quinona oxirredutase de tipo II ou NADH desidrogenase alternativa é um enzima (EC: 1.6.99.3) que catalisa a transferência de elétrons do NADH (doador) para uma quinona (aceitador), fazendo parte da cadeia transportadora de elétrons B.C. Marreiros, F. Calisto, P.J. Castro, A.M. Duarte, F. V. Sena, A.F. Silva, F.M. Sousa, M. Teixeira, P.N. Refojo, M.M. Pereira, Exploring membrane respiratory chains, Biochim. Biophys. Acta - Bioenerg. 1857 (2016) 1039–1067. . O NDH-2 é uma enzima periférica de membrana com aproximadamente 45 KDa por subunidade, que funcionam como dímeros in vivo e contém o FAD como único grupo prostético Kerscher, S., Dröse, S., Zickermann, V., and Brandt, U. (2007) The Three Families of Respiratory NADH Dehydrogenases, in Bioenergetics (Schäfer, G., and Penefsky, H. S., Eds.), pp 185-222, Springer Berlin Heidelberg..
NDH-2 são as únicas enzimas, com atividade de NADH desidrogenase, expressos na cadeia respiratória de alguns organismos patogénicos (e.g. Staphylococcus aureus), como tal foram propostos como novos alvos terapêuticos para o design racional de novos antibióticos F. V. Sena, A.P. Batista, T. Catarino, J.A. Brito, M. Archer, M. Viertler, T. Madl, E.J. Cabrita, M.M. Pereira, Type-II NADH: Quinone oxidoreductase from Staphylococcus aureus has two distinct binding sites and is rate limited by quinone reduction, Mol. Microbiol. 98 (2015) 272–288. doi:10.1111/mmi.13120. .
Estrutura miniaturadaimagem|NDH-2 estrutura quaternária da proteína com seus três domínios coloridos. A estrutura destas proteínas pode ser dividida em três domínios: 1º domínio de ligação a dinucleótidos (parte verde na figura), 2º domínio de ligação a dinucleótidos (parte laranja na figura) e domínio C-terminal (parte azul na figura).
O primeiro domínio é responsável pela ligação (não covalente) do FAD, enquanto que o segundo domínio de ligação de dinucleotidos é responsável pela ligação do NADH. Ambos estes domínios estão organizados em dobra de Rossmann , com o característico motivo GxGxxG.
O terceiro domínio, C-terminal, é responsável pela interação entre a NDH-2 e a membrana. Após a expressão da NDH-2 truncada no seu C-terminal observou-se uma deslocalização intracelular da membrana para o citoplasma Y. Feng, W. Li, J. Li, J. Wang, J. Ge, D. Xu, Y. Liu, K. Wu, Q. Zeng, J.-W. Wu, C. Tian, B. Zhou, M. Yang, Structural insight into the type-II mitochondrial NADH dehydrogenases., Nature. 491 (2012) 478–82. doi:10.1038/nature11541 . O terceiro domínio também é parcialmente responsável pela ligação do aceitador de eletróns (quinona) em conjunto com parte do primeiro domínio.
Existem atualmente estruturas cristalográficas de NDH-2 de quatro organismos diferentes: Staphylococcus aureus (PDB ID:5NA4) Caldalkalibacillus thermarum (PDB ID:4NWZ) Saccharomyces cerevisiae (PDB ID:4G73) A. Heikal, Y. Nakatani, E. Dunn, M.R. Weimar, C.L. Day, E.N. Baker, J.S. Lott, L.A. Sazanov, G.M. Cook, Structure of the bacterial type II NADH dehydrogenase: a monotopic membrane protein with an essential role in energy generation, Mol Microbiol. 91 (2014) 950–964. doi:10.1111/mmi.12507. Plasmodium falciparum (PDB ID: 5JWB)
Reação miniaturadaimagem|NAD+ para NADH A reação enzimática de oxiredução catalisada pelas NDH-2 pode ser descrita como:
NADH + Q + H+ -----> NAD+ + QH2
(Q - quinona; QH2 - quinol)
Neste caso o dador de eletróns é o NADH e o aceitador é a quinona. Dependendo do organismo em questão, a quinona reduzida pela NDH-2 também varia, podendo ser uma menaquinona, ubiquinona ou plastoquinona. O mecanismo da reação pode ser dividido em duas semi-reações: 1ªSR e 2ªSR.
Na 1ªSR, 2 elétrons e 1 próton do NADH são transferidos (simultaneamente com outro próton do meio) para o grupo prostético da proteina (FAD), dando origem à sua forma protonada FADH2. Nesta fase é estabelecido um complexo Enzima-Substrato caracterizado pelo estabelecimento de um "complexo de transferência de carga". Na 2ªSR, ocorre a ligação da quinona e consequentemente os 2 elétron e um dos prótons são transferidos para este segundo substrato (novamente com um próton adicional proveniente do meio), dando origem ao quinol.
Atualmente é aceito que o mecanismo geral da reação ocorre através de um complexo ternário (ligação simultânea de ambos os substratos ao enzima), em alternativa ao mecanismo de ping-pong.
Distribuição Filogenética A presença de NDH-2 em organismos cujo genoma já tenha sido sequenciado foi estudada recorrendo a técnicas bio-informáticas B.C. Marreiros, F. V Sena, F.M. Sousa, A.P. Batista, M.M. Pereira, Type II NADH:Quinone oxidoreductase family: Phylogenetic distribution, Structural diversity and Evolutionary divergences., Environ. Microbiol. 0 (2016). doi:10.1111/1462-2920.13352. . Neste estudo foram identificadas NDH-2 em 83% dos Eucariotos, 60% das Bacterias e em 32% das Archaeas. Foi também observada a ausência de NDH-2 em filos compostos por organismos anaérobicos.
Apesar de se considerarem ausentes (e daí terem sido consideradas como possível alvo terapêutico), no mesmo estudo foi proposta a presença de um gene codificante para uma proteína homóloga às NDH-2 no genoma humano.
Categoria:Biomoléculas Categoria:Respiração celular Categoria:Oxirredutases Categoria:Quinonas Categoria:Proteínas