F420
Strukturformel
Struktur von F420
Allgemeines
Name F420
Andere Namen
  • Coenzym F420
  • N-(N-{O-[5-(8-Hydroxy-2,4-dioxo- 2,3,4,10-tetra-hydropyrimido [4,5-b]chinolin-10-yl)- 5-deoxy-L-ribityl-1-phospho]- (S)-lactyl}-γ-L-glutamyl)- L-glutamat
Summenformel C29H32N5O18P4−
CAS-Nummer 64885-97-8
PubChem 123996
DrugBank DB03913
Eigenschaften
Molare Masse 769,6 g·mol–1
Sicherheitshinweise
EU-Gefahrstoffkennzeichnung [1]
keine Einstufung verfügbar
R- und S-Sätze R: siehe oben
S: siehe oben
Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet. Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen.

Vorlage:Infobox Chemikalie/Summenformelsuche vorhanden

Der Kofaktor F420 ist der zentrale Elektronentransporter im Cytoplasma methanogener Archaeen und wurde erstmals 1972 isoliert.[2] Der Kofaktor wurde inzwischen auch in Eubakterien, wie beispielsweise in Actino- oder Cyanobakterien, sowie einzelligen Eukaryoten entdeckt. Seine chemische Struktur wurde 1978 aufgeklärt.[3] Der Kofaktor verdankt seinen Namen seiner starken Absorption bei λmax = 420 nm.

Inhaltsverzeichnis

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.[4]

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+.[5]

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.[6] Der Kofaktor wurde auch im Cyanobakterium Anacystis nidulans[7] und in der (eukaryotischen) Grünalge Scenedesmus acutus[8] entdeckt. Jedoch variiert die Grundstruktur in jenen Organismen.

F420 ist beteiligt an Prozessen der Methanogenese[9], der Sulfitreduktion[10], der Sauerstoffentgiftung[11] und dem Elektronentransport[12] 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.[13][14][15] 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[16] reduziert an Methanopterin gebundenes Methenyl zu Methylen.[17][18] Dabei wird (reduziertes) F420H2 verbraucht (vgl. Gleichung 1).

\mathrm{Methenyl{-}H_4MPT + F_{420}H_2 \ \rightleftharpoons \ { \color{Red}Methylen}{-}H_4MPT + F_{420}\qquad (1)}

Die F420-abhängige N5,N10-Methylentetrahydromethanopterin-Reduktase[19] reduziert unter Verbrauch von F420H2 das an Methanopterin gebundene Methylen weiter zu Methyl (vgl. Gleichung 2):

\mathrm{{ \color{Red}Methylen}{-}H_4MPT + F_{420}H_2 \ \rightleftharpoons \ { \color{Blue}Methyl }{-}H_4MPT + F_{420}\qquad (2)}

F420-reduzierende Hydrogenase

Für die Regenerierung von oxdierten F420 wird ein Enzym benötigt, was man als F420-reduzierende Hydrogenase[20] bezeichnet.[21] Das Enzym ist entweder häufig membrangebunden oder vereinzelt auch im Cytoplasma lokalisiert.[22]

NADP/F420 Oxidoreduktase

Die Übertragung von Reduktionsäquivalenten von F420H2 auf NADP+ wird durch eine Transhydrogenase katalysiert, einer NADP/F420 Oxidoreduktase.[23] NADPH selbst wird in methanogenen Bakterien für die Synthese gewisser zellulärer Metaboliten benötigt, daneben aber auch bei NADPH-abhängigen Alkoholdehydrogenasen.[24]

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.[25]

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.[26]

Quellen

  1. In Bezug auf ihre Gefährlichkeit wurde die Substanz von der EU noch nicht eingestuft, eine verlässliche und zitierfähige Quelle hierzu wurde noch nicht gefunden.
  2. 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. a b Eirich, LD. et al. (1978): Proposed structure for coenzyme F420 from Methanobacterium. In: Biochemistry 17(22); 4583–93; PMID 728375
  4. DiMarco AA. et al. (1990): Unusual coenzymes of methanogenesis. In: Annu Rev Biochem. 59; 355–94; PMID 2115763
  5. 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
  6. 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
  7. 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.)
  8. 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
  9. Graham, DE. und White, RH. (2002): Elucidation of methanogenic coenzyme biosyntheses: from spectroscopy to genomics. In: Nat Prod Rep. 19(2); 133–47; PMID 12013276
  10. Johnson, EF. und Mukhopadhyay, B. (2005): A new type of sulfite reductase, a novel coenzyme F420-dependent enzyme, from the methanarchaeon Methanocaldococcus jannaschii. In:J Biol Chem. 2005 280(46); 38776–86; PMID 16048999; PDF (freier Volltextzugriff, engl.)
  11. Seedorf, H. et al. (2004): F420H2 oxidase (FprA) from Methanobrevibacter arboriphilus, a coenzyme F420-dependent enzyme involved in O2 detoxification. In: Arch Microbiol. 182(2-3); 126–37; PMID 15340796
  12. Deppenmeier U. (2004): The membrane-bound electron transport system of Methanosarcina species. In: J Bioenerg Biomembr. 36(1); 55–64; PMID 15168610
  13. Daniels, L, Bakhiet, N, Harmon, K: Widespread distribution of a 5-deazaflavin cofactor in Actinomyces and related bacteria. In: Syst. Appl. Microbiol. Vol. 6, no. 1, pp. 12-17. 1985.
  14. E. Purwantini, B. Mukhopadhyay: Conversion of NO2 to NO by reduced coenzyme F420 protects mycobacteria from nitrosative damage. In: Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America Band 106, Nummer 15, April 2009, S. 6333–6338. doi:10.1073/pnas.0812883106. PMID 19325122. PMC 266939.
  15. U. H. Manjunatha, H. Boshoff u.a.: Identification of a nitroimidazo-oxazine-specific protein involved in PA-824 resistance in Mycobacterium tuberculosis. In: Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America Band 103, Nummer 2, Januar 2006, S. 431–436. doi:10.1073/pnas.0508392103. PMID 16387854. PMC 132616.
  16. EC-Nummer 1.5.99.9 (Methylentetrahydromethanopterin-Dehydrogenase)
  17. te Brömmelstroet, BW. et al. (1991): Purification and properties of 5,10-methylenetetrahydromethanopterin dehydrogenase and 5,10-methylenetetrahydromethanopterin reductase, two coenzyme F420-dependent enzymes, from Methanosarcina barkeri. In: Biochim Biophys Acta. 1079(3); 293–302; PMID 1911853
  18. Hagemeier, CH. et al. (2003): Coenzyme F420-dependent methylenetetrahydromethanopterin dehydrogenase (Mtd) from Methanopyrus kandleri: a methanogenic enzyme with an unusual quarternary structure. In: J Mol Biol. 332(5); 1047–57; PMID 14499608
  19. EC-Nummer 1.5.99.11 (Methylentetrahydromethanopterin-Reduktase)
  20. EC-Nummer 1.12.98.1 (F420-reduzierende Hydrogenase)
  21. Fox, JA. et al. (1987): 8-Hydroxy-5-deazaflavin-reducing hydrogenase from Methanobacterium thermoautotrophicum: 1. Purification and characterization. In: Biochemistry 26(14); 4219–27; PMID 3663585
  22. Deppenmeier, U. (2002): The Unique Biochemistry of Methanogenesis. In: Prog Nucleic Acid Res Mol Biol. 71; 223–83; PMID 12102556
  23. Yamazaki, S. und Tsai, L. (1980): Purification and properties of 8-hydroxy-5-deazaflavin-dependent NADP+ reductase from Methanococcus vannielii. In: J Biol Chem. 255(13); 6462–5; PMID 7391030; PDF (freier Volltextzugriff, engl.)
  24. Berk, H. und Thauer RK. (1997): Function of coenzyme F420-dependent NADP reductase in methanogenic archaea containing an NADP-dependent alcohol dehydrogenase. In: Arch Microbiol. 168(5); 396–402; PMID 9325428
  25. Shuber, AP. et al. (1986): Cloning, expression, and nucleotide sequence of the formate dehydrogenase genes from Methanobacterium formicicum. In: J Biol Chem. 261(28); 12942–7; PMID 3531194; PDF (freier Volltextzugriff, engl.)
  26. Aufhammer SW. et al. (2004): Coenzyme binding in F420-dependent secondary alcohol dehydrogenase, a member of the bacterial luciferase family. In: Structure 12(3); 361–70; PMID 15016352; PDF (freier Volltextzugriff, engl.)

Literatur

Siehe auch


Wikimedia Foundation.

Schlagen Sie auch in anderen Wörterbüchern nach:

  • F420 — may refer to : * Coenzyme F420, a coenzyme involved in redox reactions in methanogens * HMNZS Tutira (F420), a 1948 Loch class frigate of the Royal New Zealand Navy …   Wikipedia

  • Coenzyme F420 — Structure de la coenzyme F420. Général No CAS …   Wikipédia en Français

  • Coenzyme F420 hydrogenase — Identifiers EC number 1.12.98.1 CAS number 9027 05 8 …   Wikipedia

  • Coenzyme F420 — Structure of Coenzyme F420 Coenzyme F420 or 8 hydroxy 5 deazaflavin is a coenzyme involved in redox reactions in methanogens [1], in many Actinobacteria, and sporadically in other bacterial lineages. It is a flavin derivative. The coenzyme is a… …   Wikipedia

  • Кофермент F420 — (Coenzyme F420) или 8 гидрокси 5 деазофлавин  это кофермент, участвующий в восстановительных реакциях у продуцентов метана,[1] например, у Methanosarcina barkeri. Это производное флавина. Данный кофермент является субстратом для гидрогеназы… …   Википедия

  • HMNZS Tutira (F420) — was a Loch class frigate of the Royal New Zealand Navy.ee alsoFrigates of the Royal New Zealand NavyReferences* McDougall, R J (1989) New Zealand Naval Vessels. Page 37 41. Government Printing Office. ISBN 9780477013994 …   Wikipedia

  • Methanogenese — Übergeordnet Anaerobe Atmung Biosynthese der Alkane Metabolismus des Methan Untergeordnet …   Deutsch Wikipedia

  • 5,10-methylenetetrahydromethanopterin reductase — In enzymology, a 5,10 methylenetetrahydromethanopterin reductase (EC number|1.5.99.11) is an enzyme that catalyzes the chemical reaction:5 methyltetrahydromethanopterin + coenzyme F420 ightleftharpoons 5,10 methylenetetrahydromethanopterin +… …   Wikipedia

  • Methylenetetrahydromethanopterin dehydrogenase — Identifiers EC number 1.5.99.9 CAS number 100357 01 5 …   Wikipedia

  • Méthylènetétrahydrométhanoptérine réductase —   N° EC   EC …   Wikipédia en Français

Share the article and excerpts

Direct link
Do a right-click on the link above
and select “Copy Link”