网站首页/有机动态/实验与测试/Angew. Chem. :氰根结合后的铁铁氢化酶:提供新的质子传递机制
Angew. Chem. :氰根结合后的铁铁氢化酶:提供新的质子传递机制

在自然界有一类名为氢化酶的生物活性大分子能高效可逆地催化质子与电子反应生成氢气。按照其活性中心的金属组成,氢化酶可被分为单铁、镍铁以及铁铁氢化酶,其中铁铁氢化酶的催化活性最高(转换频率可达10000次/秒)。铁铁氢化酶的活性中心包埋于蛋白质的疏水内部。为了确保其高效的催化活性,有一条保守的质子传递通道连接着酶的活性中心与蛋白质表面。


铁铁氢化酶的活性中心包含内源性的一氧化碳(CO)和氰根(CN-)基团。CO与CN-基团通过与活性中心具有催化活性的铁的配位形成Fe-CO或Fe-CN-配位键,对维持酶的催化活性有着十分重要的作用。大量文献报道了外源性的CO基团能与酶活性中心的底物结合位点结合,从而对酶催化反应产生强烈的抑制作用。然而外源性的CN-是否能与酶的活性中心作用并不清楚。目前仅有一篇发表于四十多年前的文章报道过外源性CN-几乎不影响铁铁氢化酶的活性。


近日,德国波鸿鲁尔大学青年研究员段纪甫博士与Thomas Happe教授获得了经过外源性CN-处理过的铁铁氢化酶的单晶,并利用X射线技术得到了高分辨的晶体结构(1.39Å)。该结构能够通过成功区分Fe-CO与Fe-CN-配体,进而揭示外源性的CN-占据酶活性中心的底物结合位点。该实验结果也通过红外光谱技术得到了进一步的论证。此外,产氢酶活性测试结果表明在外源性CN-存在的条件下,酶活降低了64 %。


另外,该团队还发现,相比于拥有开放位点的酶分子,外源性CN-结合后的酶分子在质子传递通道上表现出了不同的构象。巧合的是,这一构象在分子动力学模拟质子如何通过该通道抵达催化位点参与氢气合成时被反复捕捉到过,然而至今无法通过实验手段获得其具体结构,因而研究人员猜想铁铁氢化酶的快速质子传递可能是通过质子传递通道上这两种不同构象间的快速转变而实现的。至于外源性CN-的结合会导致捕捉到住这一瞬时构象的原因,目前尚不清晰,还有待进一步研究。


综上所述,该论文首次报道了外源性CN-能够与铁铁氢化酶活性中心作用,并抑制其催化活性。高分辨率晶体结构及红外光谱学表征结果表明均表明外源性CN-能够直接占据活性中心的开放位点并与活性中心结合。另外,结合后的质子传递通道构象的改变对铁铁氢化酶催化(尤其是质子传递)机制的理解提供了新的见解,也可为新型氢气合成/氧化生物催化剂的设计提供新的思路。



1

图1 铁铁氢化酶晶体结构剂催化产氢示意图

2

图2 活性态及CN-结合态的铁铁氢化酶催化活性中心的晶体结构

0

图3 铁铁氢化酶的质子传递通道在其活性状态及CN-结合态的晶体结构的对比

文信息

Cyanide Binding to [FeFe]-Hydrogenase Stabilizes the Alternative Configuration of the Proton Transfer Pathway

Dr. Jifu Duan, Dr. Anja Hemschemeier, David J. Burr, Dr. Sven T. Stripp, Prof. Eckhard Hofmann, Prof. Thomas Happe


Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202216903




纳孚服务
  • 化学试剂
  • 提供稀有化学试剂现货

  • 化学试剂定制合成服务
  • 上海纳孚生物科技有限公司提供市场稀缺的化学试剂定制服务

  • 新材料现货
  • 上海纳孚生物科技有限公司代理或自产包含石墨烯产品,类石墨烯产品、碳纳米管、无机纳米材料以及一些高分子聚合物材料

  • 结构设计及定制合成
  • 可以根据客户需求对所需化合物结构进行设计改性,从而定制合成出客户所需分子式结构

  • 联系我们
  • 021-58952328
  • 13125124762
  • info@chemhui.com
  • 关注我们
在线客服
live chat