F420
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| Strukturformel | |||||||||||||
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| Allgemeines | |||||||||||||
| Name | F420 | ||||||||||||
| Andere Namen |
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| Summenformel | C29H32N5O18P4− | ||||||||||||
| Externe Identifikatoren/Datenbanken | |||||||||||||
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| Eigenschaften | |||||||||||||
| Molare Masse | 769,6 g·mol−1 | ||||||||||||
| Sicherheitshinweise | |||||||||||||
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| Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet. Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen. | |||||||||||||
Kofaktor F420 heißen chemische Verbindungen, die im Zytoplasma methanogener Archaeen, mancher Bakterien und einzelliger Eukaryoten vorkommen. Es handelt sich biochemisch um Elektronentransporter, und chemisch um Deazaflavine, ähnlich dem Riboflavin. Sie unterscheiden sich in der Länge der Polyglutamat-Kette, die bei den Mycobakterien fünf bis sieben Glu-Reste enthält. Ein Mitglied der Stoffgruppe wurde erstmals 1972 isoliert. Die chemische Struktur wurde 1978 aufgeklärt. Der Kofaktor verdankt seinen Namen seiner starken Absorption bei λmax = 420 nm.[2][3][4]
Chemische Eigenschaften
Oxidiertes F420 absorbiert bei 420 nm, nach Absorption wird Licht bei 520 nm emittiert.[3] Am isobestischen Punkt bei 401 nm besitzt der Kofaktor einen Extinktionskoeffizient von 25,9 mM−1cm−1. Nach Reduktion (F420H2) verliert F420 sein Absorptionsmaximum bei 420 nm und dieses verschiebt sich auf 320 nm, jedoch mit einem geringeren Extinktionskoeffizient.[5]
Biologische Bedeutung
F420 besitzt zwar eine ähnliche Struktur wie Riboflavin bzw. FAD, chemisch gesehen ähnelt es aber eher den Nikotinamiden, wie z. B. NADP+. Das Redoxpotential von F420 liegt bei −350 mV und ähnelt demnach dem des es NAD(P)s (−320 mV). F420 überträgt ausschließlich ein Hydridion (zwei Elektronen und ein Proton) – wie auch NAD+ bzw. NADP+.[6]
Die Grundstruktur, das 7,8-Didemethyl-8-hydroxy-5-deazariboflavin-5'-phosphat, kommt in Archaeen, aber auch in Gram-positiven Eubakterien wie Streptomyces oder Mycobacteria vor.[7] Der Kofaktor wurde auch im Cyanobakterium Anacystis nidulans[8] und in der (eukaryotischen) Grünalge Scenedesmus acutus[9] entdeckt. Jedoch variiert die Grundstruktur in jenen Organismen.
F420 ist beteiligt an Prozessen der Methanogenese[10], der Sulfitreduktion[11], der Sauerstoffentgiftung[12] und dem Elektronentransport[13] in Archaea.
Es ist ein Kofaktor in der Antibiotikasynthese in Streptomyceten sowie für die Reduktion von Stickstoffdioxid und PA-824 in Mycobakterien, wo es durch die Glucose-6-phosphat-Dehydrogenase wieder zurückreduziert wird.[14][15][16] PA-824 ist ein experimentelles Medikament zur Behandlung von Tuberkulose.
F420-abhängige Enzyme
F420 wird häufig als Elektronenüberträger in der Methanogenese verwendet, er tritt aber auch bei anderen Prozessen hervor:
Tetrahydromethanopterin-abhängiges Enzym
Während der Methanogenese – ausgehend von CO2 – spielen Tetrahydromethanopterin-abhängige Enzyme eine zentrale Rolle. Die F420-abhängige N5,N10-Methylentetrahydromethanopterin-Dehydrogenase[17] reduziert an Methanopterin gebundenes Methenyl zu Methylen.[18][19] Dabei wird (reduziertes) F420H2 verbraucht (vgl. Gleichung 1).
- $ \mathrm {Methenyl{-}H_{4}MPT+F_{420}H_{2}\ \rightleftharpoons \ {\color {Red}Methylen}{-}H_{4}MPT+F_{420}\qquad (1)} $
Die F420-abhängige N5,N10-Methylentetrahydromethanopterin-Reduktase[20] reduziert unter Verbrauch von F420H2 das an Methanopterin gebundene Methylen weiter zu Methyl (vgl. Gleichung 2):
- $ \mathrm {{\color {Red}Methylen}{-}H_{4}MPT+F_{420}H_{2}\ \rightleftharpoons \ {\color {Blue}Methyl}{-}H_{4}MPT+F_{420}\qquad (2)} $
F420-reduzierende Hydrogenase
Für die Regenerierung von oxdierten F420 wird ein Enzym benötigt, was man als F420-reduzierende Hydrogenase[21] bezeichnet.[22] Das Enzym ist entweder häufig membrangebunden oder vereinzelt auch im Cytoplasma lokalisiert.[23]
NADP/F420 Oxidoreduktase
Die Übertragung von Reduktionsäquivalenten von F420H2 auf NADP+ wird durch eine Transhydrogenase katalysiert, einer NADP/F420 Oxidoreduktase.[24] NADPH selbst wird in methanogenen Bakterien für die Synthese gewisser zellulärer Metaboliten benötigt, daneben aber auch bei NADPH-abhängigen Alkoholdehydrogenasen.[25]
Formiatdehydrogenease
Manche methanogene Organismen können Reduktionsäquivalente durch Oxidation von Ameisensäure gewinnen. Da die Oxidation mit der Reduktion von F420 einhergeht, wird so F420 wieder regeneriert. Diese Enzym wurde bei Methanobacterium formicicum bereits gereinigt und in E. coli exprimiert.[26]
Alkoholdehydrogenase
Isopropanol bzw. Ethanol werden von verschiedenen methanogenen Organismen als alternative Elektronenquelle für die Reduktion von CO2 verwendet. So wird in methanogenen Archaeen Isopropanol von einer F420-abhängigen sekundären Alkoholdehydrogenase unter Verbrauch reduzierten F420 zu Aceton oxidiert.[27]
Pharmakologische Bedeutung
Bei einem in silico-Screening nach F420-abhängigen Enzymen wurden in M. tuberculosis eine überraschend hohe Zahl von Kandidaten entdeckt. Wenngleich diese Enzyme biochemisch noch nicht charakterisiert sind, könnten sie ein pharmakologisches Target darstellen, da in der Darmflora fast keine Bakterien mit solchen Enzymen vorhanden sind, und Antibiotika gegen M. tuberculosis auf der Grundlage der Hemmung von F420-abhängigen Enzymen daher kaum Nebenwirkungen auf die Darmflora hätten.[28]
Quellen
- ↑ Dieser Stoff wurde in Bezug auf seine Gefährlichkeit entweder noch nicht eingestuft oder eine verlässliche und zitierfähige Quelle hierzu wurde noch nicht gefunden.
- ↑ Cheeseman, P. et al. (1972): Isolation and properties of a fluorescent compound, factor 420 , from Methanobacterium strain M.o.H. In: J Bacteriol. 112(1); 527–31; PMID 5079072; PDF (freier Volltextzugriff, engl.)
- ↑ 3,0 3,1 Eirich, LD. et al. (1978): Proposed structure for coenzyme F420 from Methanobacterium. In: Biochemistry 17(22); 4583–93; PMID 728375
- ↑ G. Bashiri, C. J. Squire, N. J. Moreland, E. N. Baker: Crystal structures of F420-dependent glucose-6-phosphate dehydrogenase FGD1 involved in the activation of the anti-tuberculosis drug candidate PA-824 reveal the basis of coenzyme and substrate binding. In: The Journal of biological chemistry. Band 283, Nummer 25, Juni 2008, S. 17531–17541. doi:10.1074/jbc.M801854200. PMID 18434308.
- ↑ DiMarco AA. et al. (1990): Unusual coenzymes of methanogenesis. In: Annu Rev Biochem. 59; 355–94; PMID 2115763
- ↑ Jacobson, F. und Walsh, C. (1984): Properties of 7,8-didemethyl-8-hydroxy-5-deazaflavins relevant to redox coenzyme function in methanogen metabolism. In: Biochemistry 23; 979–988
- ↑ McCormick, JRD. und George O. Morton, GO. (1982): Identity of cosynthetic factor I of Streptomyces aureofaciens and fragment FO from coenzyme F420 of Methanobacterium species. In: J. Am. Chem. Soc. 104(14); 4014–4015; doi:10.1021/ja00378a044
- ↑ Eker, AP. et al. (1990): DNA photoreactivating enzyme from the cyanobacterium Anacystis nidulans. In: J Biol Chem. 265(14); 8009–15; PMID 2110564; PDF (freier Volltextzugriff, engl.)
- ↑ Eker, AP. et al. (1998): Photo-reactivating enzyme from the green alga Scenedesmus acutus. Evidence for two different chromophores. In: Biochemistry 27(5); 1758–1765; doi:10.1021/bi00405a056
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- ↑ EC-Nummer 1.12.98.1 (F420-reduzierende Hydrogenase)
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Literatur
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- Georg Fuchs (Hrsg.): Allgemeine Mikrobiologie. Thieme 2007; 8. völlig überarb. u. erw. Auflage. ISBN 3-13-444608-1; Seiten 395–399