PAPS Reduktase: Enzim Penting Bakteri Pengolah Sulfur

Oleh:

Fatimah Awwaliyah

Disusun sebagai tugas mata kuliah Integrasi dan Regulasi Metabolisme

Departemen Biokimia

Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam

Institut Pertanian Bogor

Bogor

2013

Sulfur merupakan unsur penting, bahan yang digunakan oleh semua makhluk hidup. Bentuk umum sulfur di alam ditemukan dalam bentuk sulfat anorganik. Bakteri prototrofik menggunakan sulfat anorganik ini sebagai sumber utama dalam mensuplai sulfur untuk biosintesis asam amino seperti sistein dan kofaktor esensial (Lillig et al. 2003). Sulfur dalam bentuk sulfat anorganik termasuk heksavalen oleh sebab itu perlu direduksi menjadi divalen. Reduksi menjadi divalen ini menggunakan 8 elektron yang berasal dari tioredoksin dan feredoksin (Savage et al. 1997).

Redoks potensial reduksi sulfat menjadi sulfit sangat rendah nilainya, Eo’ = -517 mV sehingga reaksi ini berjalan sangat lambat di dalam keadaan biologis. Oleh karena itu, sulfat anorganik ini perlu diaktifkan. Pengaktifan ini dilakukan secara adenilasi dengan enzim ATP sulfurilase menghasilkan APS dan PPi. APS difosforilasi menjadi PAPS oleh enzim APS kinase. PAPS kemudian direduksi menjadi sulfit dengan enzim PAPS reduktase (Savage et al. 1997, Nelson & Cox 2008).

Gambar 1 Reaksi yang dikatalisis oleh PAPS reduktase

Enzim PAPS redukstase pada E.coli dikodekan oleh gen cysH yang berlokasi di operon kecil bersama degan cysJI yang merupakan gen struktural sulfit reduktase. Enzim PAPS reduktase tersusun dari 244 asam amino dengan bobot molekul 27927 Da. Enzim ini terdiri atas dua subunit identik berukuran 28 kDa, mengandung 1 sistein per unitnya (Lillig et al. 2003). Enzim ini aktif bila berada dalam keadaan homodimer.

Enzim PAPS reduktase (PR) juga bisa disebut sebagai protein pengikat nukleotida. Protein ATP-GTP-dependent kaya akan sekuens glisin dengan tipe peptida fingerprint ( loop P). Loop P ini berlokasi pada ujung pertama rantai β yang terbentuk karena adanya lubang anion besar yang mengikat fosfat mononukleotida. ATP pirofosfatase memiliki modifikasi loop P yang dinamakan dengan motif PP. Modifikasi tingkat tinggi motif PP ditemukan pada PAPS reduktase. Perbedaan antara ATP PPase atau ATP sulfurilase dengan PAPS yaitu PAPS reduktase tidak memiliki aktivitas ATPase (Savage et al. 1997).

Savage et al. (1997) juga mengemukakan PAPS reduktase ini terdiri atas 243 residu yang jika tanpa ujung N metionin, terdapat 215 residu yang ditempatkan. Sisi sampingnya terdiri dari residu lisin dan arginin yang jika diamati dari permukaan protein tidak nampak begitu juga dengan ujung N metionin. Meskipun terdapat ketidakjelasan struktur protein yang tidak biasanya, hasil pengukuran spektroskopi masa menunjukkan protein PR ini dalam kondisi kristal memiliki 230 residu dengan bobot molekul 26377.5 Da.

Gambar 2 Keseluruhan struktur PAPS reduktase

Hasil penelitian Savage et al. (1997) pada PAPS reduktase kristal menunjukkan protein ini aktif sebagai dimer dan monomernya terdiri atas 6 untai lembaran β dengan α heliks sebagai pengemas tiap sisinya. Meskipun PAPS reduktase tidak memiliki aktivitas ATPase, namun ada kesamaan struktur dengan ATP PPase yang merupakan domain GMP sintetase. Kesamaan dalam mekanisme dan pelipatan menjadikan keduanya digolongkan dalam kelompok baru enzim homolog dengan aktivitas adenin nukleotida α-hidrolase. Pada kondisi terbuka, PAPS reduktase yang tereduksi dapat berikatan dengan PAPS menghasilkan sulfit sedangkan dalam kondisi tertutup, oksidasi tidak dapat berjalan.

Sebelumnya sudah disebutkan untuk mereduksi sulfat menjadi sulfit dibutuhkan PAPS reduktase. Reduksi oleh enzim ini membutuhkan 2 elektron selama oksidasi sistein PR menjadi disulfida. Oksidasi enzim ini masih bersifat inaktif dan harus direduksi lagi lebih lanjut. Struktur kristal PR melibatkan mekanisme ping-pong selama reduksinya. Reaksi tahap satu digambarkan sebagai berikut (Lillig et al. 2003):

Selanjutnya bentuk reduksi PR akan mengkatalisis reaksi reduksi PAP melepaskan PR teroksidasi, sulfit bebas dan PAP. Selama oksidasi dimer enzim mngalami perubahan yang menyebabkan pengurangan bobot molekul secara signifikan dan ketidakmampuan pengikatan PAPS. Pada tahap kedua ini, PR teroksidasi direduksi oleh tioredoksin yang ditunjukkan pada persamaan berikut:

atau dengan glutaredoksin:

Tioredoksin dan glutaredoksin keduanya merupakan protein ubiquinon kecil yang menggunakan 2  redoks-aktif sistein untuk mengkatalisis reduksi disulfida.

Mekanisme enzimatis pembentukan sulfit pada S.cerevisiae telah diteliti menggunakan PAPS reduktase yang telah dimurnikan dan tioredoksin dalam membentuk sulfit. Tioredoksin pada S.cerevisiae ini berperan sebagai ko-substrat (Schwenn et al. 1988). Peranan tioredoksin tersebut juga dikemukakan Berendt et al. (1995) sebagai donor elektron.

Kinerja PAPS reduktase sebagaimana enzim-enzim lainnya dapat diinhibisi. Penelitian Berendt et al.(1995) menunjukkan enzim PR dapat diinhibis oleh reagen yang memodifikasi gugus sistein secara kovalen di protein. Inhibitor tersebut antara lain N-bromosuksinimida, p-kloro-merkuribenzena, reagen-SH fluoresens maupun N-etilmaleimida. Reagen N-etilmaleimida tidak efektif sebagai inhibitor dibandingkan dengan inhibitor lainnya. Inhibisi oleh N-bromosuksinat tidak dapat mengembalikan aktivitas enzim meskipun protein sudah diinkubasi dalam merkaptoetanol atau ditioetriol berlebih.

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s