Исследование каталитических свойств мультигемовой нитритредуктазы из галоалкалофильной бактерии Thioalkalivibrio nitratireducens тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 03.00.04, кандидат биологических наук Слуцки Алвира

• Слуцки Алвира
• кандидат биологических наук
• 2008

Оглавление диссертации кандидат биологических наук Слуцки Алвира

Введение

Литературный обзор

1. Биологический цикл азота

2. Восстановление нитрата и нитрита в бактериях. Транспорт через периплазматическую мембрану. з! Нитратредуктаза - ключевой фермент азотного метаболизма Нитритредуктаза - ключевой фермент последней стадии восстановления нитрата бактериями

3.1 Цитохром сс/? нитритредуктазы 15 !

3.2 Си - содержащие нитритредуктазы (Си-НиР)

3.3 Диссимиляторные цитохром с нитритредуктазы

3.3.1 Механизм респираторной аммонификации нитрита в бактериях

3.3.2 Структура цитохром с нитритредуктазного комплекса в протеобактериях

3.3.3 Строение и каталитические свойства цитохром с нитритредуктаз различных видов протеобактерий

3.3.4 Механизм реакции, катализируемой цитохром с нитритредуктазами

4.1 " " Исследование белков с помощью методов электрохимии. Исследование каталитических свойств нитритредуктаз с помощью методом вольтамперометрии.

5. Поиск возможного физиологического донора электронов "^N¡[

6. Характеристика экстремофильной бактерии ТЫоа1ка1МЬпо пИгаИгебисепБ.

Материалы и методы

1. Реактивы, используемые в работе

2. Объект исследования и условия его культивирования

3. Выделение цитохром с нитритредуктазы методом ВЭЖХ

4. Определение субъединичного состава нитритредуктазы методом ВЭЖХ

5. Определение субъединичного состава нитритредуктазы методом малоуглового рассеяния.

6. Определение субъединичного состава нитритредуктазы методом аналитического ультрацентрифугирования.

7. Определение нитритредуктазной активности (по методу Грисса)

8. Определение активности нитритредуктазы методом циклической вольтамперометрии

9. Определение нитрит- и гидроксиламинредуктазных активностей по окислению метилвиологена

10. | Определение конечного продукта реакции

11. | Определение пероксидазной активности 12. | Фотовосстановление нитритредуктазы "NN¡[4, 1 сенсибилизированное флавинами и птеринами 51 51 "

13. | Спектральные исследования

14. | Определение молекулярной массы и субъединичного состава 1 1 | белков методом электрофореза

15. Определения рН-оптимума нитритредуктазной и пероксидазной реакций

16. Масс-спектрометрический анализ

Результаты

1. Выделение, очистка и характеристика нитритредуктазы из клеток галоалкалофильной бактерии Гу.пИгаИгебисепэ.

2. Исследование олигомерного состава нитритредуктазы

3. Спектральные свойства ТуГ^Ш

4. 5" 6. 7." Характеристика субстратной специфичности "П/Ы^ Зависимость активности нитритредуктазы от рН среды Определение кинетических параметров реакций, катализируемых Т\/№1Ч Влияние различных ионов на активность "NN¡[4 61 64 65~~ '

8. Изучение термостабильности и температурного оптимума нитритредуктазой реакции

9. Электрохимическое исследование кинетических параметров ' 69 | ТуГ^ I I

10. Определение пероксидазной активности Тх/Г^Ш

11. Фотовосстановление сенсибилизированное флавинами и птеринами Выводы 98 |

Список публикаций Список литературы 99 |

Список сокращений.

ТУГУ!« Цитохром с нитритредуктаза ТЫоа1ка1мЬп'о пИгаИгеёисепз

N1^ МВ АБТС цитохром с нитритредуктаза Метилвиологен 2,2'-азино-бис(3-этилбензтиазолин-6-сульфокислота) диаммонийная соль

НАДН НАД(Ф)Н Никотинамидадениндинуклеотид восстановленный Никотинамидадениндинуклеотидфосфат восстановленный

ФАД Флавинадениндинуклеотид

Ыа-ЭДТА Этилендиаминтетраацетат натрия

Рбфл РбфлНг ~ ЫЕЬА Рибофлавин Рибофлавин восстановленный N-(1 -нафтилэтилендиамин) дигидрохлорид

АТФ Аденозинтрифосфат

ФМН | Флавинмононуклеотид

ФМНН2 дт Флавинмононуклеотид восстановленный Дитионит натрия

ДСК Дифференциальная сканирующая калориметрия дмп 6,7-диметилптерин дмпн4 бДТ.в-тетрагидро-б.У-диметилптерин

Км Константа Михаэлиса-Ментен

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследование каталитических свойств мультигемовой нитритредуктазы из галоалкалофильной бактерии Thioalkalivibrio nitratireducens»

Актуальность проблемы. Биогеохимический цикл азота связан с взаимопревращением соединений азота в широком интервале степеней окисления (от +5 до -3) и характеризуется разнообразием окислительно-восстановительных реакций, катализируемых металлосодержащими оксидоредуктазами. Системное исследование совокупности термодинамических, кинетических и структурных свойств этих ферментов, а также их комплексов с искусственными и физиологическими субстратами, ингибиторами, донорами и акцепторами электронов - это путь к пониманию механизмов действия и регуляции как отдельных ферментов, так и в целом процессов массо- и энергопереноса в клетках бактерий, участвующих в азотном обмене. Нитрит является одним из ключевых компонентов этого цикла. Основная роль в процессах его потребления принадлежит нитритредуктазам различного строения и локализации. Восстановление нитрита может осуществляться в ходе ассимиляторных, респираторных или диссимиляторных процессов, протекающих в клетках бактерий. Ассимиляторное восстановление нитрита приводит к образованию иона аммония, который включается клеткой в синтез биомассы. Этот процесс катализируется цитоплазматической сирогем-содержащей нитритредуктазой, которая использует НАД(Ф)Н или ферредоксин в качестве доноров электронов. Респираторное восстановление нитрита может катализироваться тремя классами ферментов. Цитохром ccfi-содержащая и медь-содержащая нитритредуктазы катализируют одноэлектронное восстановление нитрита до окиси азота NO, которая затем восстанавливается до N2 путем последовательного действия нескольких редуктаз. Пятигемовые цитохром с нитритредуктазы (NrfA) катализируют шестиэлектронное восстановление нитрита непосредственно до аммиака без выделения промежуточных продуктов в окружающую среду.

Мономеры NrfA имеют молекулярную массу около 50 «Да, являются однодоменными белками и содержат пять гемов с, один из которых, координированный в проксимальном положении аминогруппой Lys, является каталитическим, остальные - принимают участие в переносе электронов. Структурные исследования показали, что функциональной единицей NrfA является димер, его образование приводит к образованию единой электрон-транспортной цепи, состоящей из 10 гемов с и позволяет осуществлять передачу электронов с одного мономера на другой, повышая таким образом эффективность работы фермента

Предполагается, что помимо участия в дыхательных процессах в клетках бактерий выполняет функции детоксикации клетки от избытка нитрита и N0.

В Институте биохимии им. А.Н.Баха из растворимой фракции клеточного экстракта галоалкалофильной серуокисляющей бактерии ТЫоа1ка1МЬпо пНгаИгебисепз была выделена новая цитохром с нитритредуктаза ("NN¡(4)

Пк1топоуа 1М. а/, 2006]. Определение пространственной структуры ТуМК показало, что фермент существенно отличается от ранее описанных в литературе ША: мономер ТуМК представляет собой двухдоменный белок, содержащий восемь гемов с, пять из которых, включая каталитический, гомологичны пяти гемам известных ША, а дополнительные три гема расположены на отдельном домене. В кристалле ТуМК существует как высокосимметричный гексамер с молекулярной массой 380 кДа. Образование гексамера, содержащего 48 гемов с, не приводит к образованию коллективной электрон-транспортной цепи, связывающей несколько активных центров. В связи с этим возникает вопрос о роли столь сложной структуры в катализе, а также об олигомерном состоянии белка в растворе и в клетке. Для понимания связи между структурой и функцией фермента, а также понимания физиологического состояния и роли фермента в клетке предполагается провести комплексное исследование кинетических, термодинамических и структурных свойств различных олигомеров .

Цель работы. Целью настоящей работы являлась характеристика физико-химических и каталитических свойств цитохром с нитритредуктазы из бактерии Шоа1ка1МЬпо пИгаИгейисепБ

Для достижения этой цели были поставлены следующие задачи:

1) Разработка и оптимизация процедуры выделения и очистки хроматографическими методами, оптимизация методов определения активности фермента в растворе с различными субстратами.

2) Характеристика физико-химических свойств, олигомерного состава и субстратной специфичности ТуМР.

3) Исследование модельных систем транспорта электрона в активный центр нитритредуктазы (фото- и электрохимические системы восстановления активного центра фермента).

Научная новизна. Настоящая работа посвящена изучению новой гексамерной 48-гемовой цитохром с нитритредуктазы из галоалкалофильной у-протеобактерии

Tv. nitratireducens, представляющей собой уникальную высокоорганизованную систему, обеспечивающую эффективный направленный транспорт электронов и протонов. Предложена двухстадийная схема выделения TvNiR, позволившая значительно повысить выход белка по сравнению с ранее применявшимся методом препаративного электрофореза. Охарактеризован олигомерный состав TvNiR в растворе с применением хроматографических методов и метода малоуглового рентгеновского рассеяния. Показано, что в растворе фермент существует в виде высокостабильного гексамера с молекулярной массой около 380 кДа. Охарактеризованы физико-химические и каталитические свойства TvNiR. Показано, что фермент катализирует реакции восстановления нитрита, гидроксиламина, сульфита и пероксида водорода. Исследовано функционирование электрон - транспортной цепи TvNiR в условиях ее обеспечения электронами, поступающими от фотокаталитической системы, использующей доноры электронов флавиновой или птериновой природы или непосредственно от электрода, на который был иммобилизован фермент. Показано, что флавины и/или флавосодержащие белки могут рассматриваться как потенциальные физиологические доноры электронов для TvNiR. Практическая значимость работы. Результаты настоящей работы расширяют имеющиеся сведения о свойствах мультигемовых цитохромов, играющих ключевую роль в метаболических процессах, связанных с переносом электронов. Установление структурно-функциональных связей и закономерностей функционирования электрон-транспортной цепи гемов в гексамере может быть использовано для развивающейся сейчас биоэлектроники: создания электронопроводящих материалов на основе биомолекул.

Высокая стабильность иммобилизованных на электроде препаратов TvNiR в сочетании с широким рабочим интервалом рН, ионной силы, температуры, а также высокой активностью определяет перспективность использования фермента в качестве биосенсора при определении нитрита. Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы были представлены на следующих конференциях: международная конференция «Structural Biology at Crossroads: From Biological Molecules to Biological Systems» (Germany, Gamburg, 2004), международная конференция «Biocatalysis-2005» (Москва, 2005), и "Biocatalysis - 2007" (Москва, 2007), международный конгресс «Биотехнология: состояние и перспективы развития» (Москва, 2007), 32-й международный конгресс FEBS «Molecular machines» (Austria, Vienna, 2007).

Публикации. По материалам настоящей диссертации опубликованы 3 статьи.

Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, обзора литературы, материалов и методов, изложения результатов и их обсуждения, заключения, выводов и списка цитируемой литературы, включающего 179 ссылок. Работа изложена на 116 страницах, содержит 53 рисунка и 10 таблиц.

Заключение диссертации по теме «Биохимия», Слуцки Алвира

Выводы

1. Предложена новая схема выделения цитохром с нитритредуктазы из галоалкалофильной бактерии ТЫоа1каЫЬпо пИгаИгедисепБ, позволившая значительно повысить выход фермента в процессе очистки.

2. Методами гель-фильтрации и малоуглового рентгеновского рассеяния показано, что основной структурной единицей фермента в растворе является гексамер.

3. Охарактеризована субстратная специфичность цитохром с нитритредуктазы из Тч. пИгаИгес1исепз. Показано, что помимо нитритредуктазной, фермент обладает гидроксиламинредуктазной и пероксидазной активностями.

4. Электрохимические исследования фермента подтвердили эффективность прямого переноса электронов с электрода на каталитичекий гем и далее на субстрат через электрон-транспортную цепь, образованную темами в гексамере. Методом вольтамперометрии в белковых пленках определены кинетические параметры реакций восстановления нитрита и гидроксиламина.

5. Исследовано фунционирование электрон-переносящей цепи ТуЫ^ в условиях обеспечения ее электронами, поступающими от фотокаталитической системы с флавиновым сенсибилизатором. Каталитическая активность "Ь/МК в отсутствие света проявлялась только при использовании в качестве донора ФМННг, что позволяет предположить возможность участия флавиновых коферментов или флавобелков в качестве физиологических доноров электронов для цитохром с нитритредуктазы из ТУ. пИгаНгес1исепз.

Список работ по теме диссертации

1. Тихонова Т.В., Слуцкая Э.С., Филимоненков А.А, Бойко K.M., Клейменов С.Ю., Конарев П.В., Поляков K.M., Свергун Д.И., Трофимов A.A., Хоменков В.Г., Звягильская P.A., Попов В.О., Выделение и олигомерный состав цитохром с нитритредуктазы из галоалкалофильной бактерии Thioalkalivibrio nitratireducens. Биохимия, 2008, № 2 , Т.73., стр.202-209

2. Tikhonova, T.V., Slutsky, A. Antipov, A.N., Polyakov, K.M., Boyko, K.M., Sorokin, D.Y.; Zvyagilskaya, R.A.; Popov, V.O., Molecular and catalytic properties of a novel cytochrome с nitrite reductase from nitrate-reducing haloalkaliphilic sulfur-oxidizing bacterium Thioalkalivibrio nitratireducens. Biochim. Biophys. Acta, Protein Structure and Molecular Enzymology, 2006, V.1764 (4), p. 715-723.

3. Boyko K.M., Polyakov K.M., Tikhonova T.V., Slutsky A. Antipov A.N., Zvyagilskaya R.A., Bourenkov G.P., Lamzin V.S., Popov A.N. and Popov V.O., Crystallization and preliminary X-Ray analysis of cytochrome с nitrite reductase from Thioalkalivibrio nitratireducens. Acta Cryst. Section F, 2006, F62, p. 215-217.

4. Slutskava E.S., Tikhonova T.V., Boyko K.M and Popov V.O., From structure to function: Cytochrome с nitrite reductase from Thioalkalivibrio nitratireducens,32 International Conference «Molecular machines», Vienna, Austria, 2007, V.274, S.1, p.222

5. Слуцкая Э.С., Тихонова T.B., Бойко K.M., Поляков K.M., Филлимоненков А., Попов А.Н., Ламзин B.C., Попов В.О., Каталитические свойства цитохром с нитритредуктазы из Thioalkalivibrio nitratireducens, Международный конгресс «Биотехнология: состояние и перспективы развития», 2007, Москва, стр. 307

6. Slutskava E.S. Tikhonova T.V., Boyko K.M., Polyakov K.M., Antipov A.N., Popov A.N., Lamzin V.S. and Popov V.O., The novel cytochrome с nitrite reductase from Thioalkalivibrio nitratireducens: catalytic properties and high resolution structure, Proceedings of the conference "Biocatalysis", 2005, St. Petersburg, p.112

7. Boyko K.M., Polyakov K.M., Antipov A.N., Bourenkov G.P., Lamzin V.S., Popov A.N., Slutskava E.S, Tikhonova T.V. and Popov V.O. Structure of oxoanion polyreductase from Thioalkalivibrio nitratireducens and its complexes. International Conference "Structural Biology at Crossroads: From Biological Molecules to Biological Systems", Hamburg, Germany, 2004, 15-18 September, 2.

Список литературы диссертационного исследования кандидат биологических наук Слуцки Алвира, 2008 год

1. Бойко, К.М. (2006) Структурно-функциональные исследования цитохром с нитритредуктазы из галоалкалофильной бактерии thioalkalivibrio nitratireducens Диссертация на соискание ученой степени кандидата биологических наук.

2. Газарян, И. Г., Хушпульян, Д. М. Тишков, В. И. (2006) Особенности структуры и механизма действия пероксидаз растений. Успехи биологической химии, 46, 303-322

3. Королева О.В., Явметдинов И.С., Шлеев С.В., Степанова Е.В., Гаврилова

4. B.П. (2001) Биохимия, 66, 618-622

5. Морозкина Е.В., Звягильская Р.А. (2007) Нитратредуктазы: структура, функции, влияние факторов стресса. Биохимия, 72(10), 1413-1424,

6. Тихонова, Т.В., Слуцкая, Э.С., Филимоненков, А.А, Бойко, К.М., Клейменов,

7. Шумянцева В.В., Булко Т.В., Шмид Р.Д., Арчаков А.И. (2000) Фотовосстановление флавоцитохрома Р450 2В4. Биофизика, 45(6), 1013-1018

8. Adar, F. (1978) in: D. Dolphin (Ed.), The Porphyrins, Vol. II, Physical Chemistry, Part A, Academic Press, New York, 167-209

9. Adman, E.T., Godden, J.W., Turley S. (1995) The Structure of copper-nitrite reductase from Achromobacter cycloclastes at five pH values, with N02 bound and with type II copper depleted. J. Biol. Chem., 270, 27458-27474

10. Almeida, M. G., Silveira, C. M., Guigliarelli, B., Bertrand, P., Moura, J.J., Moura, I., Léger, C. (2007) A needle in a haystack: the active site of the membrane-bound complex cytochrome c nitrite reductase. FEBS Lett., 581, 284-288

11. Angove, H.C., Cole, J.A., Richardson, D.J., Butt, J.N. (2002) Protein film voltammetry reveals distinctive fingerprints of nitrite and hydroxylamine reduction by a cytochrome c nitrite reductase. J. Biol Chem., 277, 23374-23381

12. Antipov, A. N., Sorokin, D. Y. L'vov, N. P., Kuenen J.G. (2003) New enzyme belonging to the family of molybdenum-free nitrate reductases. Biochem. J., 369, 185-189

13. Bamford, V.A., Angrove, H.C., Seward, H.E., Thomson, A.J., Cole, J.A., Butt, J.N., Hemmings, A.M., Richardson, D.J. (2002) Structure and spectroscopy of the periplasmic cytochrome c nitrite reductase from Escherichia coli. Biochemistry, 41, 2921-2931

14. Bard, A.J. and Faulkner, L.R. (2001) Electrochemical Methods: Fundamentals and Applications. 2nd edition. John Wiley &Sons, New York

15. Bedzyk, L., Wang, T., Ye, R. W. (1999) The periplasmic nitrate reductase in Pseudomonas sp. strain G-179 catalyzes the first step of denitrification. J. Bacteriol., 181, 2802-2806

16. Bell, L. C., Richardson, D. J. and Ferguson, S. J. (1990) Periplasmic and membrane-bound respiratory nitrate reductases in Thiosphaera pantotropha. The periplasmic enzyme catalyses the first step in aerobic denitrification. FEBS Lett, 265, 85-87

17. Bertero, M. G., Rothery R.A., Palak M., Hou C., Lim D., Blasco F., Weiner J. N., Strynadka N.C. (2003) Insights into the respiratory electron transfer pathway from the structure of nitrate reductase A. Nat Struct Biol., 10(9), 681-687

18. Boulanger, M.J., Kukimoto, M., Nishiyama, M., Horinouchi, S., Murphy, M.E.2000) Catalytic roles for two water bridged residues (Asp-98 and His-255) in the active site of copper-containing nitrite reductase. J. Biol. Chem., 275, 23957-23964

19. Bradford, M. (1976) A rapid sensitive method for quantitation of microgram quantities of protein utilizing the principle of protein dye binding. Anal.Biochem., 72, 248-254

20. Brondijk, T.H.C., Fiegen, D, Richardson, D.J., Cole, J.A. (2002) Roles of NapF, NapG and NapH, subunits of the Escherichia coli periplasmic nitrate reductase, in ubiquinol oxidation. Molecular Microbiology, 44, 245-255

21. Bruck TB, Fielding RJ, Symons MC, Harvey PJ. (2001) Mechanism of nitrite-stimulated catalysis by lactoperoxidase. Eur J Biochem., 268(11), 3214-22

22. Brzezinski P, Wilson MT. (1997) Photochemical electron injection into redox-active proteins. Proc Natl Acad Sci USA, 94(12), 6176-6179

23. Burlat B, Gwyer JD, Poock S, Clarke T, Cole JA, Hemmings AM, Cheesman MR, Butt JN, Richardson DJ. (2005) Cytochrome c nitrite reductase: from structural to physicochemical analysis. Biochem Soc Trans., 33(1),137-40

24. Butt, J. N., Anderson, L. J., Rubio, L. M., Richardson D. J., Flores, E., Herrero,

25. A. (2002) Enzyme-catalysed nitrate reduction—themes and variations as revealed by protein film voltammetry. Bioelectrochemistry, 56, 17-18

26. Butt, J. N. (2003) Fresh perspectives on nitrogen cycle enzymes from protein film voltammetry. Recent. Res. Devel. Biochem., 4, 4159-180

27. Campbell, W.H. (2001) Structure and function of eukaryotic NAD(P)H : nitrate reductase. Cell. Mol. Life Sci., 58, 194-204

28. Choi H.-G., Min J., Choi J.-W., Lee W.H. (1998) Molecular photoreceptor consisting of bacteriorhodopsin / flavin complex Langmuir-Blodgett films. Biosensors and Bioelectronics, 13, 1069-1075

29. Clarke, T.A., Cole, J.A., Richardson, D.J., Hemmings, A.M. (2007) The crystal structure of the pentahaem c-type cytochrome NrfB and characterization of its solution-state interaction with the pentahaem nitrite reductase NrfA.Biochem J. , 406(1), 19-30

30. Clegg, S., Feng, Y., Griffiths, L. and Cole, J.A. (2002) The roles of the polytopic membrane proteins NarK, NarU and NirC in Escherichia coli K-12: two nitrate and three nitrite transporters, Mol. Microbiol., 44, 143-155

31. Correia, C., Monzani, E., Moura, I., Lampreia, J., Moura, J.J. (1999) Cross-linking between cytochrome c3 and flavodoxin from Desulfovibrio gigas. Biochem Biophys Res Commun., 256(2), 367-71

32. Costa C, Moura JJ, Moura I, Wang Y, Huynh ВН. (1996) Redox properties of cytochrome с nitrite reductase from Desulfovibrio desulfuricans ATCC 27774. J Biol Chem., 271(38), 23191-23196

33. Cutruzzola, F. (1999) Bacterial nitric oxide synthesis. Biochim. Biophys. Acta, 1411 (2-3), 231-249

34. Cutruzzola, F., Rinaldo, S., Centola, F., Brunori, M. (2003) NO production by Pseudomonas aeruginosa cd1 nitrite reductase. IUBMB Life, 55 (10-11), 617-621

35. Daly, M.J. (2001) The emerging impact of genomics on the development of biological weapons. Threats and benefits posed by engineered extremophiles.Clin Lab Med., 21(3), 619-629

36. Daniel-Vedele, F., Filleur, S., Caboche, M. (1998) Nitrate transport: a key step in nitrate assimilation. Curr. Opin. Plant Biol., 1,235-239

37. Dobao, M. M., Martinez-Luque, M., Moreno-Vivian, C. and Castillo, F. (1994) Effect of carbon and nitrogen metabolism on nitrate reductase activity of Rhodobacter capsulatus E1F1. Can. J. Microbiol., 40, 645-650

38. Einsle, O., Messerschmidt, A., Huber, R., Kroneck, P.M.H., Neese, F. (2002) Mechanism of the six-electron reduction of nitrite to ammonia by cytochrome c nitrite reductase. J. Amer. Chem. Soc., 124, 11737-11745

39. Einsle, O., Messerschmidt, A., Stach, P., Bourenkov, G. P., Bartunik, H. D., Huber, R. and Kroneck, P. M. H. (1999) Structure of cytochrome c nitrite reductase. Nature, 400, 476-480

40. Eisenmann, E., Beuerle, J., Sulger, K., Kroneck, P.M.H., Schumacher, W. (1995) Lithotrophic growth of Sulfurospirillum deleyianum with sulfide as electron donor coupled to respiratory reduction of nitrate to ammonia. Arch. Microbiol., 164, 180185

41. Farver, O., Kroneck, P.M.H., Zumft, W.G., Pecht, I. (2002) Intramolecular electron transfer in cytochrome cd1 nitrite reductase from Pseudomonas stutzeri; kinetics and thermodynamics. Biophys. Chem., 98, 27-34

42. Farver, O., Kroneck, P.M.H., Zumft, W.G., Pecht, I. (2003) Allosteric control of internal electron transfer in cytochrome cd1 nitrite reductase. Proc. Natl. Acad. Sci. (USA), 100, 7622- 7625

43. Fukuzumi S., Tanii K., Tanaka T. (1989) Formation of radical cations of dihydropteridine and dihydroflavin in the photoreduction of pteridine and flavin analogues by benzyl alcohol derivatives. Chem. Letts, 1, 35-38

44. Fiilop, V., Moir, J.W.B., Ferguson, S.J., Hajdu, J. (1995) The anatomy of a bifunctional enzyme: structural basis for reduction of oxygen to water and synthesis of nitric oxide by cytochrome cd1. Cell, 81, 369-377

45. Gadda, G., Fitzpatrick, P.F. (1998) Biochemical and Physical Characterization of the Active FAD-Containing Form of Nitroalkane Oxidase from Fusarium oxysporum. Biochemistry, 37(17), 6154-64

46. Gajhede, M., Schuller, D. J., Henriksen, A., Smith, A. T., Poulos, T. L. (1997) Crystal structure of horseradish peroxidase c at 2.15 A resolution. Nat. Struct. Biol., 4, 1032-1038

47. Gavira, M., Roldan, M. D., Castillo, F., Moreno-Vivian, C. (2002) Regulation of nap gene expression and periplasmic nitrate reductase activity in the phototrophic bacterium Rhodobacter sphaeroides DSM158. J Bacteriol, 184, 1693-1702

48. Gebicka, L. (1999) Kinetic studies on the oxidation of nitrite by horseradish peroxidase and lactoperoxidase. Acta Biochim. Pol., 46, 919-927

49. Gilardi G, Meharenna YT, Tsotsou GE, Sadeghi SJ, Fairhead M, Giannini S. (2002) Molecular Lego: design of molecular assemblies of P450 enzymes for nanobiotechnology. Biosens Bioelectron., 17(1-2), 133-45

50. Glockner, A.B., Jiingst, A., Zumft, W.G. (1993) Copper-containing nitrite reductase from Pseudomonas aureofaciens is functional in a mutationally cytochrome cd1-free background (NirS-) of Pseudomonas stutzeri, Arch Microbiol., 160(1), 18-26

51. Greene, E.A., Hubert, C., Nemati, M., Jenneman, G.E., Voordouw, G. (2003) Nitrite reductase activity of sulphate-reducing bacteria prevents their inhibition by nitrate-reducing, sulphide-oxidizing bacteria. Environ Microbiol., 5, 607-617

52. Gu, Y., Li, P., Sage. J.T., Champion, P.M. (1993) Photoreduction of heme proteins: spectroscopic studies and cross-section measurements. J. Am. Chem. Soc., 115, 4993-5004

53. Gwyer, J.D., Angove, H.C., Richardson, D.J., Butt, J.N. (2004) Redox-triggered events in cytochrome c nitrite reductase. Bioelectrochemistry, 63, 43-47

54. Gwyer, J.D., Zhang, J., Butt, J.N., Ulstrupy, J. (2006) Voltammetry and In Situ Scanning Tunneling Microscopy of Cytochrome c Nitrite Reductase on Au(111) Electrodes. Biophys. J., 91, 3897-3906

55. Heelis, P.R., 1982 The Photophysical and Photochemical Properties of Flavins1.oalloxazines). Chem. Soc. Rev., 1982, 11, 15-39

56. Henry, E.R., Eaton, W.A., Hochstrasser, R.M. (1986) Molecular dynamics simulations of cooling in laser-excited heme proteins. Proc Natl Acad Sci USA., 83(23), 8982-8986

57. Hirst, J. (2006) Elucidating the mechanisms of coupled electron transfer and catalytic reactions by protein film voltammetry. Biochimica et Biophysica Acta, 1757, 225-239

58. Jia, W. and Cole, J.A. (2004) Nitrate and nitrite transport in Escherichia coli, 10th Nitrogen Cycle Meeting, 159-161

59. Kajie, S., Anraku, Y. (1986) Purification of a hexaheme cytochrome c552 from Escherichia coli K 12 and its properties as a nitrite reductase. Eur. J. Biochem., 154, 457-463

60. Kamal, J.K.A., Behere, D.V. (2003) Activity, stability and conformational flexibility of seed coat soybean peroxidase. J Inorg Biochem. 94(3), 236-242

61. Kataoka, K., Furusawa, H., Takagi, K., Yamaguchi, K., Suzuki, S. (2000) Functional analysis of conserved aspartate and histidine residues located around the type 2 copper site of copper-containing nitrite reductase. Biochem. J., 127(2), 345350

62. Katz, E. (2006) Bioelectronics. Bectroanalysis, 18(19-20), 1855 1857

63. Kennis, J.T., Crosson, S., Gauden, M., van Stokkum, I.H., Moffat, K., van Grondelle, R. (2003) Primary reactions of the LOV2 domain of phototropin, a plant blue-light photoreceptor. Biochemistry, 42(12), 3385-92

64. Konarev, P. V., Volkov, V. V., Sokolova, A. V., Koch, M. H. J., Svergun, D. I.2003) PRIMUS: a Windows PC-based system for small-angle scattering data analysis. J. Appl. Cryst., 36, 1277

65. Kritsky, M.S., L'vov, N.P. (1992) Flavoproteins as natural prototypes of molecular electronic devices with photocontrolled conductivity. J. Brit. Interplane. Soc., 45, 421-426

66. Kritsky, M.S., Lyudnikova, T.A., Mironov, E.A., Moskaleva, I.V. (1997) The UV radiation driven reduction of pterins in aqueous solution. J. Photochem. Photobiol., B (Biol.), 48 (1), 43-48

67. Laemmli, U.K. (1970) Cleavage of structural proteins during the assembly of the head of bacteriophage T4. Nature, 227, 680-685

68. Lawson DM, Stevenson CE, Andrew CR, Eady RR. (2000) unprecedented proximal binding of nitric oxide to heme: implications for guanylate cyclase. EMBO J., 19(21), 5661-5671

69. Le'ger, C., Elliott, S. J., Hoke, K. R., C. Jeuken L. J., Jones, A. K., Armstrong, F.

70. A. (2003) Enzyme electrokinetics: using protein film voltammetry to investigate redox enzymes and their mechanisms. Biochemistry, 42(9), 8653-8662

71. Le'ger, C., Lederer, F., Guigliarelli, B., Bertrand, P. (2006) Electron Flow in Multicenter Enzymes: Theory, Applications, and Consequences on the Natural Design of Redox Chains. J. Am. Chem. Soc., 128, 180-187

72. Leys, D., Backers, K., Meyer, T. E., Hagen, W. R., Cusanovich, M. A., and van Beeumen, J. J. (2000) Crystal structures of an oxygen-binding cytochrome c from Rhodobactersphaeroides, J. Biol. Chem., 275, 16050-16056

73. Lin L., Sulea T., Szittner R., Vassilyev V., Purisima E. O., Meighen E. A. (2001) Modeling of the bacterial luciferase-flavin mononucleotide complex combining flexible docking with structure-activity data. Protein Science, 10, 1563-1571

74. Lin, J. T. and Stewart, V. (1998) Nitrate assimilation by bacteria. Adv. Microbial. Physiol., 39,1-30

75. Liu, M.-C., Liu, M.-Y., Payne, W.J., Peck Jr., H.D., LeGall, J. (1983) Wolinella succinogenes nitrite reductase: purifcation and properties. FEMS Microbiol. Lett., 19, 201-206

76. Liu, M.C., Peck, H.D. (1981) The isolation of a hexaheme cytochrome from Desulfovibrio desulfuricans and its identification as a new type of nitrite reductase. J. Biol. Chem., 256, 13159-13164

77. Lorenzen, J.P., Kroger, A. and Unden, G. (1993) Regulation of anaerobic pathways in Wolinella succinogenes by the presence of electron acceptors. Arch. Microbiol., 159, 477-483

78. Lovley, D.R. (2003) Cleaning up with genomics: applying molecular biology to bioremediation. Nat. Rev. Microbiol., 1, 35-44

79. Meighen, E.A., Mac-Kenzie, R.E. (1973) Flavine specificity of enzyme-substrate intermediates in the bacterial bioluminescent reaction. Structural requirements of the flavine side chain. Biochemistry, 12 (8), 1482-1491

80. Mitchell, G.J., Jones, J.G. and Cole, J.A. (1986) Distribution and regulation of nitrate and nitrite reduction by Desulfovibrio and Desulfotomaculum species. Arch. Microbiol., 144, 35-40

81. Moir J. W. B. and Wood N. J. (2001) Nitrate and nitrite transport in bacteria, Cell. Mol. LifeSci., 58, 215-224

82. Murphy, L.M., Dodd, F.E., Yousafzai, F.K., Eady, R.R., Hasnain, S.S. (2002) Electron donation between copper containing nitrite reductases and cupredoxins: the nature of protein protein interaction in complex formation. J. Mol. Biol., 315, 859871

83. Murphy, M.E.P., Lindley, P.F., Adman, E.T. (1997) Structural comparison of cupredoxin domains: domain recycling to construct proteins with novel functions. Prof. Sci., 6, 761-770

84. Nicolas D.J.D., Nason A. (1957) Determination of nitrate and nitrite. Meth. Enzymol., 3, 981-954

85. Nurizzo D., Cutruzzola F., Arese M., Bourgeois D., Brunori M., Cambillau C., Tegoni M. (1998) Conformational changes occurring upon reduction and NO binding in nitrite reductase from Pseudomonas aeruginosa. Biochemistry , 37(40), 1398713996

86. Otto, K., Jayaram, M., Hamilton, R. M., Delbruck, M. (1981) Replacement of Riboflavin by an Analogue in the Blue-Light Photoreceptor of Phycomyces. PNAS, 78, 266-269

87. Palma, N., Moura, I., LeGall, J., Beeumen, V., Wampler, J., Moura, J.J.G. (1994) Evidence for a ternary complex formed between flavodoxin and cytochrome c3: 1H-NMR and molecular modeling studies. Biochemistry, 33, 6394-6407

88. Pereira, C., LeGall, J., Xavier, A.V.M., Teixeira, M. (2000) Characterization of a heme c nitrite reductase from a non-ammonifying microorganism, Desulfovibrio vulgaris Hildenborough. Biochim. Biophys. Acta, 1481(1), 119-130

89. Pereira, I.C., Abreu, I.A., Xavier, A.V., LeGall, J., Teixeira M. (1996) Nitrite reductase from Desulfovibrio desulfuricans (ATCC 27774)-a heterooligomer heme protein with sulfite reductase activity. Biochem. Biophys. Res. Commun., 224(3), 611-618

90. Philippot, L., Hojberg, O. (1999) Dissimilatory nitrate reductases in bacteria. Biochim Biophys Acta, 1446, 1-23

91. Pisa, R., Stein, T., Eichler, R., Gross, R. and Simon, J. (2002) The nrfl gene is essential for the attachment of the active site haem group of Wolinella succinogenes cytochrome c nitrite reductase. Moi. Microbiol., 43, 763-770

92. Pittman, M.S., Kelly D.J. (2005) Electron transport through nitrate and nitrite

93. Plaut, G. W. E. (1971) Metabolism of water soluble vitamins. The biosynthesis of riboflavin, in Florkin, M., and Stotz, E. H. (Eds.), Comprehensive Biochemistry, 1145, Elsevier, Amsterdam

94. Potter, L., Angove, H., Richardson, D., Cole, J. A. (2001) Nitrate reduction in the periplasm of Gram-negative bacteria. Advances in Microbial Physiology, 45, 51-112

95. Poulos, T. L. (1993) Peroxidases. CurrOpin Biotechnol., 4(4), 484-489

96. Prasad S., Nakul C. Maiti, Mazumdar S., Mitra S. (2002) Reaction of hydrogen peroxide and peroxidase activity in carboxymethylated cytochrome c: spectroscopic and kinetic studies. BBA, 1596, 63-75

97. Radi, R., Thomson, L., Rubbo, H., Prodanov, E. (1991) Cytochrome c-catalyzed oxidation of organic molecules by hydrogen peroxide. Arch. Biochem. Biophys., 288, 112-117

98. Reyes, F., Gavira, M., Castillo, F. and Moreno-Vivian, C. (1998) Periplasmic nitrate-reducing system of the phototrophic bacterium Rhodobacter sphaeroides

99. DSM 158: transcriptional and mutational analysis of the napKEFDABC gene cluster. Biochem. J., 331, 897-904

100. Richardson D.J. (2000) Bacterial respiration: a flexible process for a changing environment. Microbiology, 146 (Pt 3), 551-571

101. Richardson, D. J., Berks, B. C., Russell, D. A., Spiro S. and Taylor C. J. (2001) Functional, biochemical and genetic diversity of prokaryotic nitrate reductases. Cell. Mol. Life Sci., 58, 165-178

102. Richter, C.D., Allen, J.W.A., Higham, C.W., Koppenhofer, A., Zajicek, R.S., Watmough, N.J., Ferguson, S.J. (2002) Cytochrome cd1, reductive activation and kinetic analysis of a multifunctional respiratory enzyme. J. Biol. Chem., 277(5), 3093-3100

103. Rodriques, M. L., Oliveira, T. F., Pereira, I. A. C., Archer, M. (2006) X-ray structure of the membrane-bound cytochrome c quinol dehydrogenase NrfH reveals novel haem coordination. EMBO J. , 25, 5951-5960

104. Roman, R., Dunford, H.B. (1973) Studies on horseradish peroxidase. XII A kinetic study of the oxidation of sulfite and nitrite by compound I and II. Can. J. Chem., 51, 588-596

105. Rudolf, M., Einsle, O., Neese, F., and Kroneck, P. M. H. (2002) Pentahaem cytochrome c nitrite reductase: reaction with hydroxylamine, a potential reaction intermediate and substrate. Biochem. Soc. Trans., 30, 649-653

106. Sadeghi, S.J., Meharenna, Y.T., Fantuzzi, A., Valetti, F., Gilardi G. (2000) Engineering artificial redox chains by molecular 'Lego'. Faraday Discuss., 116, 135153; discussion 171-90

107. Saier, M.H. Jr. (2000) Vectorial metabolism and the evolution of transport systems. J. Bacterid., 182(18), 5029-35

108. Sakharov, I.Yu., Vesga M.K., Galaev , I.Yu., Sakharova, I.V., Pletjushkina, O.Yu.2001) Peroxidase from leaves of royal palm tree Roystonea regia: purification and some properties. Plant Science, 161, 853-860

109. Salomon, M., Christie, J.M., Knieb, E., lempert, U., Briggs, W.R. (2000) Photochemical and Mutational Analysis of the FMN-Binding Domains of the Plant Blue Light Receptor, Phototropin. Biochemistry, 39(31), 9401-9410

110. Schuller, D. J., Ban, N., Huystee, R. B., McPherson, A., Poulos, T. L. (1996) The crystal structure of peanut peroxidase. Structure, 4, 311-321

111. Seitz, H.-J., Cypionka, H. (1986) Chemolithotrophic growth of Desulfovibrio desulfuricans with hydrogen coupled to ammonification of nitrate or nitrite. Arch. Microbiol., 146, 63-67

112. Sellars, M.J., Hall, S.J., Kelly, D.J. (2002) Growth of Campylobacter jejuni supported by respiration of fumarate, nitrate, nitrite, trimethylanine-N-oxide, or dimethyl sulfoxide requires oxygen. J. Bacteriol., 184(15), 4187-4196

113. Sharma, V., Noriega, Chris E., John, J. (2006) Involvement of NarK1 and NarK2 Proteins in Transport of Nitrate and Nitrite in the Denitrifying Bacterium Pseudomonas aeruginosa PA01, Rowe, applied and environmental microbiology, 72(1), 695-701

114. Sharp, E., Moser, C. C., Rabanal, F., Leslie Dutton, P. (1998) Design, synthesis, and characterization of a photoactivatable flavocytochrome molecular maquette. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 95, 10465-10470

115. Schuck P. (2000) Size-distribution analysis of macromolecules by sedimentation velocity ultracentrifugation and lamm equation modeling. Biophys J., 78(3),1606-19

116. Shumyantseva VV, Bulko TV, Schmid RD, Archakov Al. (2002) Photochemical properties of a riboflavins/cytochrome P450 2B4 complex. Biosens Bioelectron., 17(3), 233-238

117. Siddiqui, R.A., Warnecke-Eberz, U., Hengsberger, A., Schneider, B. and Friedrich, B. (1993) Structure and function of a periplasmic nitrate reductase in Alcaligenes eutrophus H16, J. Bacterid., 175, 5867-5876

118. Silvestrini, M. C., Falcinelli, S., Ciabatti, I., Cutruzzola, F., Brunori M. (1994) Pseudomonas aeruginosa nitrite reductase (or cytochrome oxidase): an overview. Biochimie, 76(7), 641-54

119. Simon, J. (2002) Enzymology and bioenergetics of respiratory nitrite ammonification. FEMS Microbiol. Rev., 26, 285-309

120. Simon, J., Pisa, R., Stein, T., Eichler, R., Klimmek, O., Gross, R. (2001) The tetraheme cytochrome c NrfH is required to anchor the cytochrome c nitrite reductase (NrfA) in the membrane of Wolinella succinogenes. Eur. J. Biochem., 268, 5776-5782

121. Sorokin, D. Y., Tourova, T. P., Sjollema, K. A., Kuenen, J. G. (2003) Thialkalivibrio nitratireducens sp. nov., a nitrate-reducing member of an autotrophic denitrifying consortium from a soda lake. IJSEM, 53, 1779-1783

122. Stach, P., Einsle, O., Schumacher, W., Kurun, E., Kroneck, P.M.H. (2000) Bacterial cytochrome c nitrite reductase: new structural and functional aspects. J. Inorg. Biochem., 79, 381-385.

123. Stewart, V., Lu, Y., Darwin, A.J. (2002). Periplasmic nitrate reductase (NapABC enzyme) supports anaerobic respiration by Escherichia co//'K-12. J. Bacteriol., 184, 1314-1323

124. Stolz, J.F., Basu, P. (2002) Evolution of nitrate reductase: molecular and structural variations on common function. ChemBioChem., 3, 198-206

125. Sundaramoorthy, M., Kishi, K., Gold, M.H., Poulos, T.L. (1994) The crystal structure of manganese peroxidase from Phanerochaete chrysosporium at 2.06-A resolution. J Biol Chem., 269(52), 32759-32767

126. Suruga, K., Murakami, K., Taniyama, Y., Hama, T., Chida, H., Satoh, T., Yamada, S., Hakamata, W., Kawachi, R., Isogai, Y., Nishio, T., Okua, T. (2004)

127. A novel microperoxidase activity: methyl viologen-linked nitrite reducing activity of microperoxidase, BBRC, 315, 815-822

128. Suzuki, S., Kataoka, K., Yamaguchi, K. (2000) Metal coordination and mechanism of multicopper nitrite reductase. Acc. Chem. Res., 33, 728-735

129. Svergun D. I., Barbareto C., Koch M. H. J. (1995) CRYSOL a Program to Evaluate X-ray Solution Scattering of Biological Macromolecules from Atomic Coordinates. J. Appl. Cryst., 28, 778

130. Svergun, D.I. (1992) Determination of the regularization parameter in indirect-transform methods using perceptual criteria. J. Appl. Crystallogr., 25, 495-503

131. Tanner, J., Mitchell. D., Miller, S., Wilson, K. S., Tu, S.-C., Krause K. L. (1997) Structure of bacterial luciferase beta 2 homodimer: implications for flavin binding. Biochemistry, 36(4), 665-672

132. Tavares, P., Pereira, A.S., Moura, J.J.G., Moura, I. (2006) Metalloenzymes of the denitrification pathway. J. Inorg. Biochem., 100(12), 2087-2100

133. Tosques, I. E., Kwiatkowski, A. V., Shi, J., Shapleigh, J. P. (1997) Characterization and Regulation of the Gene Encoding Nitrite Reductase in Rhodobacter sphaeroides 2.4.3, J. Bacteriol., 179 (4), 1090-1095

134. Widdel, F., Pfennig, N. (1982) Studies on dissimilatory sulfatereducing bacteria that decompose fatty acids. II. Incomplete oxidation of propionate by Desulfobulbus propionicus gen. nov., sp. nov. Arch. Microbiol., 131, 360-365

135. Williams, P.A., Fülöp, V., Garman, E.F., Saunders, N.F.W., Ferguson, S.J., Hajdu, J. (1997) Haem-ligand switching during catalysis in crystals of a nitrogen-cycle enzyme. Nature, 389, 406-412

136. Williams, R.M., Braslavsky, S.E. (2003) Photosensors triggering photomovement chromophores and their photochemistry.http://www.photobiology.info/develop/AdvModsPMoveBraslavsky.htm

137. Wolin, M.J., Wolin, E.A., Jacobs, N.J. (1961) Cytochrome-producing anaerobic vibrio, Vibrio succinogenes sp. n. J. Bacteriol., 81, 911-917

138. Yamada, S., Suruga, K., Ogawa, M., Hama, T., Satoh, T., Kawachi, R., Nishio, T., Oku, T. (2002) Appearance of nitrite reducing activity of cytochrome c upon heat denaturation. Biosci. Biotechnol. Biochem., 66, 2044-2051

139. Zajicek, R.S., Allen, J.W., Cartron, M.L., Richardson, D.J., Ferguson, S.J. (2004) Paracoccus pantotrophus NapC can reductively activate cytochrome cdi nitrite reductase. FEBS Letters, 565, 48-52

140. Zumft, W.G. (1997) Cell biology and molecular basis of denitrification. Microbiol. Mol. Biol. Rev., 61, 533-616