FeMoco - FeMoco

Структура кофактора FeMo, показывающая сайты привязки к нитрогеназе. В аминокислоты цистеин (Cys) и гистидин (Его) указаны.

FeMoco (FeMo кофактор) является первичным кофактор из нитрогеназа. Нитрогеназа - это фермент, катализирующий превращение молекул атмосферного азота N2 в аммиак (NH3) через процесс, известный как азотфиксация. Кофактор, содержащий железо и молибден, называется FeMoco. Его стехиометрия Fe7MoS9С.

Структура

Кофактор FeMo - это кластер с составом Fe7MoS9C. Fe - это химический символ для элемента утюг (феррум), а Мо - символ молибден. Этот большой кластер можно рассматривать как две субъединицы, состоящие из одной Fe4S3 (сульфид железа (III) ) кластер и один MoFe3S3 кластер. Два кластера связаны тремя сульфид лиганды. Уникальное железо (Fe) прикреплено к белок по цистеин. Он также связан с тремя сульфидами, в результате чего тетраэдрическая молекулярная геометрия. Каждый из дополнительных шести центров Fe в кластере связан с тремя сульфидами. Эти шесть внутренних центров Fe определяют тригонально-призматическое расположение вокруг центрального карбидного центра. Молибден присоединен к трем сульфидам и прикреплен к белку имидазольной группой остатка гистидина. Также связан с Мо - двузубый гомоцитрат кофактор, приводящий к октаэдрической геометрии.[1] Кристаллографический анализ белка MoFe первоначально предложили геометрия FeMoco, что было подтверждено расширенным Тонкая структура поглощения рентгеновских лучей (EXAFS) исследования.[2][3] Расстояния Fe-S, Fe-Fe и Fe-Mo были определены как 2,32, 2,64 и 2,73 Å соответственно.[3]

Электронные свойства FeMoco

Согласно анализу спектроскопия электронного парамагнитного резонанса состояние покоя кофактора FeMo имеет спиновое состояние S = 3/2. При одноэлектронном восстановлении кофактор становится бесшумным. Понимание процесса, в котором электрон переносится в белковом аддукте, показывает более точную кинетическую модель кофактора FeMo.[4] Расчеты теории функционала плотности показали, что формальной степенью окисления является MoIV-2FeII-5FeIII-C4−-ЧАС+, но «истинные» степени окисления экспериментально не подтверждены.[5]

Биосинтез

Биосинтез FeMoco - сложный процесс, требующий нескольких Ген ниф продукты, в частности продукты nifS, nifQ, nifB, nifE, nifN, nifV, nifH, nifD и nifK (выраженные как белки NifS, NifU и т. д.). Предполагается, что сборка FeMoco инициируется NifS и NifU, которые мобилизуют Fe и сульфид в небольшие фрагменты Fe-S. Эти фрагменты переносятся на каркас NifB и собираются в Fe7MoS9Кластер C перед переносом в белок NifEN (кодируемый nifE и nifN) и перегруппированный перед доставкой в ​​белок MoFe.[6] В биосинтезе участвует несколько других факторов. Например, NifV - это гомоцитрат-синтаза что поставляет гомоцитрат в FeMoco. Предполагается, что NifV, белковый фактор, участвует в хранении и / или мобилизации Mo. Белок Fe является донором электронов для белка MoFe.6. Эти биосинтетические факторы были выяснены и охарактеризованы с точными функциями и последовательностью, подтвержденными биохимическим, спектроскопическим и структурным анализами.

Изоляция

Выделение кофактора FeMo из нитрогеназы осуществляется путем центрифугирования нитрогеназы в белок MoFe и белок Fe. Кофактор FeMo экстрагируется путем обработки белка MoFe кислотами. Первое извлечение выполняется с помощью N, N-диметилформамид а второй - смесью N-метилформамид и Na2HPO4 перед окончательным осаждением центрифугированием.[7]

Идентичность основного атома в кофакторе

Три белка, которые играют непосредственную роль в синтезе M-кластера, - это NifH, NifEN и NifB. Белок NifB отвечает за сборку Fe-S ядра кофактора; процесс, который включает сшивание двух кластеров [4Fe-4S]. NifB принадлежит к суперсемейству ферментов SAM (S-аденозил-L-метионин). Во время биосинтеза кофактора FeMo NifB и его кофактор SAM напрямую участвуют во внедрении атома углерода в центр комплекса Fe-S. Эквивалент SAM отдает метильную группу, которая становится карбидом внедрения М-кластера. Метильная группа SAM мобилизуется путем радикального удаления H 5’-дезоксиаденозиновым радикалом (5’-dA ·). Предположительно, образуется переходный радикал –CH2 ·, который затем встраивается в металлический кластер, образуя Fe6-карбидные породы. Межузельный углерод остается связанным с кофактором FeMo после вставки в нитрогеназу,[8] Центральный атом углерода подтвержден 13Маркировка C с детектированием с помощью импульсной спектроскопии ЭПР.[9] Помимо спектроскопии ЭПР, рентгеновские дифрактометрия был использован для проверки наличия центрального атома в середине кофактора FeMo, и рентгеновские эмиссионные спектроскопические исследования показали, что центральный атом является углеродом из-за перехода углерод-железо 2p → 1s.[10] Использование рентгеновской кристаллографии показало, что хотя кофактор FeMo не находится в каталитической форме, углерод сохраняет структуру жесткой, что помогает описать реакционную способность нитрогеназы.

Связывание субстратов

Место прикрепления субстрата к комплексу еще не выяснено. Считается, что атомы Fe, наиболее близкие к межузельному углероду, участвуют в активации субстрата, но концевой молибден также является кандидатом для фиксации азота.[11]

Рекомендации

  1. ^ G.J. Ли. Гл. 5 Структура и спектроскопические свойства кластеров металл-сера Азотфиксация в тысячелетии. Elsevier Science B.V., Амстердам, 2002. 209–210. ISBN  9780444509659.
  2. ^ Kim, J; Рис, округ Колумбия (1992). «Структурные модели металлических центров в белке молибден-железо нитрогеназы». Наука. 257 (5077): 1677–82. Bibcode:1992 Наука ... 257.1677K. Дои:10.1126 / science.1529354. PMID  1529354.
  3. ^ а б Роут-Мэлоун, Р. Глава 6 Структура белка MoFe. Биоинорганическая химия. John Wiley & Sons, Inc., Хобокен, Нью-Джерси, 2002. 253–254. ISBN  9780471265337.
  4. ^ Берджесс, Б.К .; Лоу, Д. Дж. (1996). «Механизм действия нитрогеназы молибда». Chem. Rev. 96 (7): 2983–3011. Дои:10.1021 / cr950055x. PMID  11848849.
  5. ^ Harris, T.V .; Силагьи, Р. (2011). «Сравнительная оценка состава и заряженности FeMo-кофактора нитрогеназы». Inorg Chem. 50 (11): 4811–4824. Дои:10.1021 / ic102446n. ЧВК  3105220. PMID  21545160.
  6. ^ Ху, Ю. Риббе (2011). «Биосинтез нитрогеназы FeMoco». Coord Chem Rev. 255 (9–10): 1218–1224. Дои:10.1016 / j.ccr.2010.11.018. ЧВК  3077758. PMID  21503270.
  7. ^ Берджесс, К. Ф .; Джейкобс, Д. Б.; Штифель, Э. И. (1980). «Крупномасштабная очистка высокоактивной нитрогеназы Azotobacter Vinelandii». Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Энзимология. 1980 (614): 196–209. Дои:10.1016/0005-2744(80)90180-1. PMID  6930977.
  8. ^ Boal, A. K .; Розенцвейг, А. С. (2012). «Радикальный путь введения карбида нитрогеназы». Наука. 337 (6102): 1617–1618. Bibcode:2012Sci ... 337.1617B. Дои:10.1126 / science.1229088.
  9. ^ Рамасвами, S (2011). «Все решает один атом». Наука. 334 (6058): 914–915. Bibcode:2011Наука ... 334..914R. Дои:10.1126 / наука.1215283. PMID  22096179.
  10. ^ Эйнсл, О. (2014). «Кофактор нитрогеназы FeMo: атомная структура в трех простых шагах». J. Biol. Неорг. Chem. 19 (6): 737–745. Дои:10.1007 / s00775-014-1116-7. PMID  24557709.
  11. ^ Hallmen, P. P .; Кестнер, Дж. «Связывание N2 с FeMo-кофактором нитрогеназы. Z. Anorg. Allg. Chem. 2014. Дои:10.1002 / zaac.201400114