NiFe氫化酶中活性位點組裝所需的CO生物合成

由生命與生命系統(tǒng)探索性研究中心(ExCELLS)，國立自然科學研究院分子科學研究所(IMS)和大阪大學的研究人員組成的研究組揭示了生物合成一氧化碳所必需的詳細機理。 NiFe氫化酶活性位點的成熟。

氫化酶是負責氫氣氧化和質子還原的金屬酶，在細菌氫代謝中起關鍵作用。根據(jù)活性位點金屬含量的不同，將它們分為三類：NiFe-，F(xiàn)eFe-和Fe-氫化酶，它們在這些酶中含有不同的金屬配合物作為活性中心(圖1)。盡管它們的活性中心處的結構不同，但是一氧化碳(CO)與活性中心中的鐵離子配位對于氫化酶活性至關重要。已知通過酶反應生物合成CO ，但是CO生物合成的細節(jié)未知。

在這項研究中，研究小組確定了負責CO生物合成的酶(HypX)的晶體結構(圖2)，基于此，HypX通過前所未有的NiFe加氫酶成熟反應生物合成CO。HypX由兩個域組成：N端和C端域。HypX內(nèi)部存在一個連接N和C末端結構域的連續(xù)空腔(圖2)。在晶體結構中，輔酶A(CoA)結合到型腔的C端區(qū)域。

在N和C末端域中發(fā)生兩個不同的反應。在N端結構域中，發(fā)生了甲酰四氫葉酸的甲酰基轉移反應，該甲酰四氫葉酸在腔體的N端區(qū)域作為底物與CoA結合(圖3中的反應步驟1)。此時，腔中的CoA呈線性延伸的構象，CoA的SH-基位于結合在N-末端結構域的甲?；臍淙~酸中的甲?；浇?。然后，通過甲?；臍淙~酸酯向CoA的甲?；D移反應，生成甲?；?CoA作為反應中間體。

在下一步中，甲?；?CoA在空腔中發(fā)生大的構象變化，以使甲?；?CoA末端位置的甲?；挥贖ypX C末端結構域的活性位點(圖2中的反應步驟2)。 3)。在C端結構域中，CO通過甲?；?CoA的脫羰作用形成(圖3中的反應步驟3)。

該CO生物合成反應是前所未有的新穎反應。CoA是眾所周知的輔酶，它在檸檬酸循環(huán)中對脂肪酸代謝和細胞能量代謝具有重要作用。然而，從未報道過CoA /甲酰基-CoA參與CO生物合成反應。這項研究揭示了一種眾所周知的輔酶CoA的新型生理功能。

在許多情況下，金屬酶的生物合成機制仍然未知。仍然有待特別闡明的是，金屬酶的含金屬活性中心是如何組裝的。在這項工作中，我們確定了催化[NiFe]氫化酶活性位點構建所必需的一氧化碳生物合成反應的酶的第一晶體結構。將來，我們將根據(jù)這一結果繼續(xù)進行研究，以闡明整個氫化酶成熟途徑的詳細機理。