FeMoco - FeMoco

FeMo кофакторының құрылымы байланыстыру учаскелері нитрогеназға дейін. The аминқышқылдары цистеин (Cys) және гистидин (Оның) көрсетілген.

FeMoco (FeMo кофактор) бастапқы болып табылады кофактор туралы нитрогеназа. Нитрогеназа - бұл атмосфералық азот молекулаларының конверсиясын катализдейтін фермент2 ішіне аммиак (NH3) ретінде белгілі процесс арқылы азотты бекіту. Құрамында темір мен молибден бар кофактор FeMoco деп аталады. Оның стехиометрия бұл Fe7ҒМ9C.

Құрылым

FeMo кофакторы - бұл кластер Fe құрамымен7ҒМ9C. Fe - бұл химиялық белгі элемент үшін темір (ferrum), ал Mo - белгі молибден. Бұл үлкен кластерді бір Fe-ден тұратын екі суббірлік ретінде қарастыруға болады4S3 (темір (III) сульфид ) кластер және бір MoFe3S3 кластер. Екі кластерді үшеуі байланыстырады сульфид лигандтар. Бірегей темір (Fe) темірге бекітіледі ақуыз а цистеин. Ол сонымен қатар үш сульфидпен байланысады, нәтижесінде тетраэдрлік молекулалық геометрия. Кластердегі қосымша алты орталықтың әрқайсысы үш сульфидпен байланысады. Бұл алты ішкі Fe орталықтары орталық карбидті орталықтың айналасындағы тригоналды призматикалық орналасуды анықтайды. Молибден үш сульфидке жабысады және гистидин қалдықтарының имидазол тобы арқылы ақуызға бекітіледі. Моға битант те байланысты гомоцитрат октаэдрлік геометрияға әкелетін кофактор.[1] Кристаллографиялық талдау MoFe ақуызы бастапқыда геометрия FeMoco-ны, ол кеңейтілген Рентгендік жұтылу құрылымы (EXAFS) зерттеулер.[2][3] Fe-S, Fe-Fe және Fe-Mo арақашықтықтары сәйкесінше 2.32, 2.64 және 2.73 Å деп анықталды.[3]

FeMoco электронды қасиеттері

Талдау бойынша электронды парамагнитті-резонанстық спектроскопия, FeMo кофакторының тыныштық күйі спин күйіне S = 3/2 тең. Бір электронды азайту кезінде кофактор EPR-ді өшіреді. Ақуыз қоспасында электронның ауысу процесін түсіну FeMo кофакторының дәл кинетикалық моделін көрсетеді.[4] Тығыздықтың функционалдық теориясының есептеулері формальды тотығу дәрежесі Mo деп болжадыIV-2FeII-5FeIII-C4−-H+, бірақ «шынайы» тотығу дәрежелері эксперименталды түрде расталмаған.[5]

Биосинтез

Биосинтез FeMoco - бұл бірнеше процесті қажет ететін күрделі процесс Nif гені өнімдер, атап айтқанда nifS, nifQ, nifB, nifE, nifN, nifV, nifH, nifD және nifK өнімдері (NifS, NifU және т.б. ақуыздармен көрсетілген). FeMoco құрастыруын NifS және NifU бастамашылық етеді, олар Fe мен сульфидті кішкентай Fe-S фрагменттеріне жұмылдырады. Бұл фрагменттер NifB тіреуішіне ауысады және Fe түрінде орналасады7ҒМ9C кластері NifEN ақуызына ауыспас бұрын (nifE және nifN кодталған) және MoFe ақуызына жеткізілмес бұрын қайта құрылады.[6] Биосинтезге тағы бірнеше факторлар қатысады. Мысалы, NifV - бұл гомоцитрат синтазы жеткізеді гомоцитрат FeMoco-ға. NifV, ақуыз факторы, MoFe ақуызының электронды доноры болып табылатын Fe. ақуызын Mo сақтауға және / немесе жұмылдыруға қатысуға ұсынылады.6. Бұл биосинтетикалық факторлар анықталды және биохимиялық, спектроскопиялық және құрылымдық талдаулармен расталған нақты функциялары мен дәйектілігімен сипатталды.

Оқшаулау

FeMo кофакторын нитрогеназадан бөлу нитрогеназаны MoFe ақуызына және Fe ақуызына центрифугалық тұндыру арқылы жүзеге асырылады. FeMo кофакторы MoFe ақуызын қышқылдармен өңдеу арқылы алынады. Бірінші экстракция онымен жасалады N, N-диметилформамид және екіншісі N-метилформамид және Na2HPO4 центрифугалау арқылы соңғы шөгіндіге дейін.[7]

Кофактордағы ядро ​​атомының бірдейлігі

М кластерінің синтезінде тікелей рөл атқаратын үш ақуыз - NifH, NifEN және NifB. NifB ақуызы кофактордың Fe-S өзегін құрастыруға жауап береді; екі [4Fe-4S] кластерін біріктіруді қамтитын процесс. NifB SAM (S-аденозил-L-метионин) ферментіне суперфамилияға жатады. FeMo кофакторының биосинтезі кезінде NifB және оның SAM кофакторы Fe-S кешенінің центріне көміртек атомын енгізуге тікелей қатысады. SAM эквиваленті М-кластерінің интерстициалды карбидіне айналатын метил тобын береді. SAM метил тобы H-ді 5’-дезоксиаденозин радикалымен (5’-dA ·) радикалды жою арқылы жұмылдырылады. Болжам бойынша, кейіннен Fe түзетін металл кластеріне енетін өтпелі –CH2 · радикалы түзіледі.6-карбидті түрлер. Аралық көміртек нитрогеназға енгізгеннен кейін FeMo кофакторымен байланысты қалады,[8] Орталық көміртек атомы расталды 13Импульсті ЭПР спектроскопиясы арқылы анықтай отырып, С таңбалауы.[9] ЭПР спектроскопиясынан басқа, рентген дифрактометрия FeMo кофакторының ортасында орталық атомның бар екендігін тексеру үшін пайдаланылды және рентген сәулеленуінің спектроскопиялық зерттеулері орталық атомның көміртегі екенін 2p → 1s көміртегі темірінің ауысуына байланысты көрсетті.[10] Рентгендік кристаллографияны қолдану FeMo кофакторы өзінің каталитикалық түрінде болмаса да, көміртек құрылымды қатты ұстайтындығын көрсетті, бұл нитрогеназаның реактивтілігін сипаттауға көмектеседі.

Субстраттардың байланысы

Кешенге субстрат бекіту орны әлі анықталған жоқ. Интерстициальды көміртекке жақын Fe атомдары субстраттың активтенуіне қатысады деп саналады, бірақ терминал молибден азотты бекітуге үміткер болып табылады.[11]

Әдебиеттер тізімі

  1. ^ Г.Дж. Лей. Ч. 5 Металл-күкірт кластерінің құрылымы және спектроскопиялық қасиеттері Мыңжылдықта азотты бекіту. Elsevier Science B. V., Амстердам, 2002. 209-210. ISBN  9780444509659.
  2. ^ Ким, Дж; Рис, ДС (1992). «Нитрогеназа молибден-темір ақуызындағы металл орталықтарының құрылымдық модельдері». Ғылым. 257 (5077): 1677–82. Бибкод:1992Sci ... 257.1677K. дои:10.1126 / ғылым.1529354. PMID  1529354.
  3. ^ а б Роут-Мэлоун, Р.М. Ch.6 MoFe ақуыздарының құрылымы. Биоорганикалық химия. John Wiley & Sons, Inc., Хобокен, Нью-Джерси, 2002. 253-254. ISBN  9780471265337.
  4. ^ Берджесс, Б. К .; Лоу, Дж. (1996). «Молибден нитрогеназының механизмі». Хим. Аян. 96 (7): 2983–3011. дои:10.1021 / cr950055x. PMID  11848849.
  5. ^ Харрис, Т.В .; Сзилагы, Р.К. (2011). «Нитрогеназа FeMo-кофакторының құрамын және заряд күйін салыстырмалы бағалау». Inorg Chem. 50 (11): 4811–4824. дои:10.1021 / ic102446n. PMC  3105220. PMID  21545160.
  6. ^ Ху, Ю.Риббе (2011). «Нитрогеназа FeMoco биосинтезі». Coord Chem Rev. 255 (9–10): 1218–1224. дои:10.1016 / j.ccr.2010.11.018. PMC  3077758. PMID  21503270.
  7. ^ Берджесс, Ф. Ф .; Джейкобс, Д.Б .; Stiefel, E. I. (1980). «Жоғары белсенділіктің азотобактериялық Vinelandii нитрогеназаның үлкен масштабтағы тазартылуы». Biochimica et Biofhysica Acta (BBA) - энзимология. 1980 (614): 196–209. дои:10.1016/0005-2744(80)90180-1. PMID  6930977.
  8. ^ Боал, А. К .; Розенцвейг, А.С. (2012). «Нитрогеназды карбидті енгізудің радикалды бағыты». Ғылым. 337 (6102): 1617–1618. Бибкод:2012Sci ... 337.1617B. дои:10.1126 / ғылым.1229088.
  9. ^ Рамасвами, С (2011). «Бір атом барлық айырмашылықты жасайды». Ғылым. 334 (6058): 914–915. Бибкод:2011Sci ... 334..914R. дои:10.1126 / ғылым.1215283. PMID  22096179.
  10. ^ Einsle, O (2014). «Нитрогеназа FeMo кофакторы: үш қарапайым сатыдағы атомдық құрылым». Дж.Биол. Инорг. Хим. 19 (6): 737–745. дои:10.1007 / s00775-014-1116-7. PMID  24557709.
  11. ^ Hallmen, P. P .; Кастнер, Дж. «N2 азотогеназаның FeMo-кофакторымен байланысуы. З.Анорг. Аллг. Хим. 2014. дои:10.1002 / zaac.201400114