Tioredoksiinireduktaasi

Tioredoksiinireduktaasi eli tioredoksiinidisulfidireduktaasi on entsyymi, joka katalysoi hapettuneen tioredoksiinin disulfidisidosten pelkistämistä vapaiksi tioliryhmiksi NADPH-molekyylin toimiessa pelkistimenä. Entsyymillä on tärkeä rooli elimistön hapetus-pelkistyspotentiaalin tasapainon ylläpitämisessä ja solujenvälisessä viestinnässä. Tioredoksiinireduktaasin EC-numero on 1.8.1.9 ja CAS-numero 9074-14-0.
Rakenne ja toiminta.
Tioredoksiinireduktaasia esiintyy kaikissa eliöissä, mutta sen rakenne esitumallisissa ja aitotumallisissa eliöissä poikkeaa huomattavasti. Eukaryooteissa kuten bakteereissa tioredoksiinireduktaasi on kahdesta samanlaisesta alayksiköstä koostuva homodimeeri ja yhden alayksikön molekyylimassa on 35 kDa. Aitotumaisissa eliöissä kuten eläimissä, kasveissa ja sienissä entsyymi on myös homodimeeri, mutta kookkaampi. Esimerkiksi ihmisellä yhden alayksikön massa on 55 kDa.
Ihmisellä tioredoksiinireduktaasista tunnetaan kolme isoentsyymiä. Isoentsyymiä TrxR1 esiintyy sytosolissa ja plekistää hapettunutta tioredoksiinia. Tämä isoentsyymi on tärkeässä osassa solujen jakaantumisessa, erikoistumisessa ja solujenvälisessä viestinnässä. Mitokondrioissa esiintyy tioredoksiinireduktaasin isoentsyymi TrxR2 ja sen tarkkaa biologista roolia ei tunneta, mutta sillä voi olla osa mitokondriavälitteisen oksidatiivisen stressin ehkäisemisessä. Kolmas isoentsyymi TrxR3 esiintyy ainoastaan kiveksissä, joissa se toimii antioksidanttina ja solujen välisessä viestinnässä.
Sekä prokaryoottien että eukaryoottien tioredoksiinireduktaaseissa pelkistimenä toimii NADPH-molekyyli ja lisäksi ne sisältävät prosteettisena ryhmänä FAD-molekyylin. Molemmissa eliöiryhmissä aktiivisessa keskuksessa katalyyttisesti tärkeässä roolissa oleva aminohappo on selenokysteiini. Prokaryoottien entsyymi hyväksyy substraatikseen ainoastaan tioredoksiinin, mutta esimerkiksi ihmisen entsyymi pelkistää myös seleniitti-ioneja, vetyperoksidia, proteiinidisulfidi-isomeraasin, dehydroaskorbiinihapon ja lipidihydroperoksideja.
Tioredoksiinireduktasin pelkistäessä tioredoksiini on reaktiomekanismi seuraava. Tioredoksiinireduktaasi sisältää disulfidisidoksen kahden kysteiiniaminohapon välillä ja rakenteessa on myös samankaltainen sidos selenokysteiinin ja kysteiinin välillä. Ensimmäisessä vaiheessa yksi NADPH-molekyyli pelkistää seleenin ja rikin välisen sidoksen, jolloin muodostuu vapaa kyesteiiniaminohappo ja negatiivisesti varautunut selenolaattiryhmä selenokysteiiniin. Samanaikaisesti toinen NADPH-molekyyli pelkistää entsyymin kahden kysteiiniaminohapon välisen sidoksen ja toinen kysteiiniaminohapoista sitoutuu prosteettisena ryhmänä olevaan FAD-molekyyliin.Tämän jälkeen negatiivisesti varautunut selenolaattiryhmä reagoi hapettuneen tioredoksiinin sisältämän disulfidisidoksen kanssa´, jolloin muodostuu sidos yhden tioredoksiinin kysteiiniaminohapon kanssa ja toinen hapettuneen tioredoksiinin disulfidisillan muodostaneista kysteiineistä pelkistyy. Tämän jälkeen entsyymin selenokysteiinin läheinen kysteiiniaminohappo muodostaa sidoksen selenokysteiinin kanssa ja pelkistynyt tioredoksiini vapautuu.
Yksi voimakkaissin entyymiä inhiboivista aineista on 2,4-dinitroklooribentseeni ja sitä on käytetty runsaasti entsyymin toiminnan tutkimisessa.