페모코

FeMoco
질소산화물에 대한 결합 부위를 보여주는 FeMo 공동 인자 구조. 아미노산시스테인(Cys)과 히스티딘(His)이 표시된다.

FeMoco(FeMo공효소)는 질소효소의 1차적 공효소다. 질소효소는 질소 고정이라고 알려진 과정을 통해 대기 질소 분자 N의2 암모니아(NH3)로의 전환을 촉진하는 효소다. 철분과 몰리브덴을 함유하고 있는 이 공효자는 FeMoco라고 불린다. 그것의 스토이치측정법은 FeMoSC이다79.

구조

FeMo cofactor는 FeMoSC를79 합성하는 클러스터다. Fe는 원소 철(페럼)의 화학 기호, Mo는 몰리브덴의 기호다. 이 큰 클러스터는 1개의 FeS43(철(III) 황화 클러스터와 1개의 MoFeS33 클러스터로 구성된 2개의 하위 클러스터로 볼 수 있다. 이 두 성단은 세 개의 황화 리간드로 연결되어 있다. 독특한 철(Fe)은 시스테인에 의해 단백질에 고정된다. 또한 3개의 황화물에 결합되어 사면 분자 기하학이 일어난다. 클러스터의 추가 6개 Fe 센터는 각각 3개의 황화물에 접합된다. 이 6개의 내부 Fe 센터는 중심 카바이드 센터 주위의 삼각 프리즘 배치를 정의한다. 몰리브덴은 세 개의 황화물에 부착되며 히스티딘 잔여물의 이미다졸 그룹에 의해 단백질에 고정된다. 또한 Mo에 묶인 것은 8면 기하학으로 이어지는 바이덴테이트 균사율 공동 인자다.[1] MoFe 단백질의 결정학적 분석은 처음에 연장된 X선 흡수 미세구조(EXAFS) 연구에 의해 확인된 FeMoco의 기하학을 제안했다.[2][3] Fe-S, Fe-Fe, Fe-Mo 거리는 각각 2.32, 2.64, 2.73 å로 결정되었다.[3]

FeMoco의 전자적 특성

전자파파 자기공명 분광법에 의한 분석에 따르면 FeMo 공진기의 휴식상태는 S=3/2의 스핀 상태를 가진다. 1전자의 감소에 따라, 공동 작용자는 EPR 침묵이 된다. 단백질 유도체에서 전자가 전달되는 과정을 이해하면 FeMo 공효자의 보다 정밀한 운동 모델을 알 수 있다.[4] 밀도함수 이론 계산 결과 형식 산화 상태가 Mo-2Fe-5Fe-C-H인IVIIIII4−+ 것으로 나왔지만, "진정한" 산화 상태는 실험적으로 확인되지 않았다.[5]

생합성

FeMoco의 생합성은 여러 니프 유전자 제품, 특히 nifS, nifQ, nifB, nifE, nifN, nifV, nifH, nifD, nifK(NifS, NifU 등의 단백질로 표현)를 필요로 하는 복잡한 과정이다. FeMoco 조립은 작은 Fe-S 조각에 Fe와 황화물을 동원하는 NifS와 NifU가 제안한다. 이 조각들은 NifB 비계로 옮겨져 FeMoSC79 클러스터로 배열된 후 NifEN 단백질로 옮겨진다(NifE와 nifN에 의해 인코딩됨). 그리고 Mofe 단백질로 전달되기 전에 재배열된다.[6] 몇몇 다른 요소들이 생합성에 참여한다. 예를 들어, NifV는 FeMoco에 균질화물을 공급하는 동질화합물이다. 단백질 인자인 NifV는 MoFe 단백질의6 저장 및/또는 동원에 관여할 것을 제안한다. 이러한 생합성 인자는 생화학적, 분광학적, 구조적 분석에 의해 확인된 정확한 기능과 시퀀스를 통해 입증된 것이 특징이다.

격리

FeMo coactor를 질소산화물로부터 격리시키는 것은 Mofe 단백질과 Fe 단백질로 질소산화물의 원심적 침전물을 통해 이루어진다. FeMo 공효소는 Mofe 단백질을 산으로 처리하여 추출한다. 첫 번째 추출은 N, N-디메틸포름아미드, 두 번째 추출은 원심분리기에 의한 최종 침전 전 N-메틸포름아미드 및 NaHPO를24 혼합하여 수행한다.[7]

공동 인자 내 코어 원자의 정체성

M-클러스터 합성에 직접적인 역할을 하는 세 가지 단백질은 NifH, NifEN, NifB이다. NifB 단백질은 두 개의 [4Fe-4S] 군집을 결합하는 과정인 공동 인자 내 Fe-S 핵심의 조립을 담당한다. NifB는 SAM(S-adenosyl-L-methionine) 효소 슈퍼 패밀리에 속한다. FeMo 공효소의 생합성 과정에서 NifB와 그 SAM 공효자는 Fe-S 단지 중앙에 탄소 원자를 삽입하는 일에 직접 관여한다. SAM에 상당하는 양이 M-클러스터의 중간 탄화물이 되는 메틸 그룹을 기증한다. SAM의 메틸 그룹은 5'데옥시아데노신 레디칼(5'-dA···)에 의한 H의 급진적인 제거에 의해 동원된다. 추정하건대, 과도기 –CH2 및 급진성은 이후에 Fe-carbide6 종을 형성하는 금속 클러스터에 통합된다. 질소산화물에 삽입된 후 FeMo 공동 인자와의 연관성 있는 탄소가 남아 있으며,[8] 중심 탄소 원자는 펄스 EPR 분광법에 의해 검출된 C 라벨링에 의해 확인되었다.[9] EPR 분광학 외에도 FeMo 공동 인자 중간에 중심 원자가 있는지 확인하기 위해 X선 분산측정법을 사용했으며, X선 방출 분광학 연구에 따르면 2p→1s 탄소 철 전환으로 인해 중심 원자가 탄소인 것으로 나타났다.[10] X선 결정학의 사용은 FeMo 공동 인자(Coactor)가 촉매 형태는 아니지만, 탄소는 구조물을 단단하게 유지하여 질소효소의 반응성을 설명하는 데 도움이 된다는 것을 보여주었다.

기판 결합

그 단지에 대한 기질 부착 위치는 아직 해명되지 않았다. 간질탄소에 가장 가까운 Fe 원자가 기질 활성화에 참여하는 것으로 생각되지만 말단 몰리브덴 역시 질소 고정의 후보물질이다.[11]

참조

  1. ^ G.J. 리. 5장 Metalo-sulfur clusters의 구조 및 분광 특성 밀레니엄에서 질소 고정 2002년 암스테르담의 엘스비에 사이언스 B. V. 209-210. ISBN978044509659.
  2. ^ Kim, J; Rees, DC (1992). "Structural models for the metal centers in the nitrogenase molybdenum-iron protein". Science. 257 (5077): 1677–82. Bibcode:1992Sci...257.1677K. doi:10.1126/science.1529354. PMID 1529354.
  3. ^ a b R.M. Ch.6 MoFe 단백질 구조 로트 말론. 바이오인 유기화학. 2002년 253-254년, 뉴저지 주 호보켄의 존 와일리 & 선즈 주식회사. ISBN 9780471265337.
  4. ^ Burgess, B. K.; Lowe, D. J. (1996). "Mechanism of Molybdeum Nitrogenase". Chem. Rev. 96 (7): 2983–3011. doi:10.1021/cr950055x. PMID 11848849.
  5. ^ Harris, T.V.; Szilagyi, R.K. (2011). "Comparative Assessment of the Composition and Charge State of Nitrogenase FeMo-Cofactor". Inorg Chem. 50 (11): 4811–4824. doi:10.1021/ic102446n. PMC 3105220. PMID 21545160.
  6. ^ Hu, Y. Ribbe (2011). "Biosynthesis of Nitrogenase FeMoco". Coord Chem Rev. 255 (9–10): 1218–1224. doi:10.1016/j.ccr.2010.11.018. PMC 3077758. PMID 21503270.
  7. ^ Burgess, C. F.; Jacobs, D. B.; Stiefel, E. I. (1980). "Large Scale Purification of High Activity Azotobacter Vinelandii Nitrogenase". Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Enzymology. 1980 (614): 196–209. doi:10.1016/0005-2744(80)90180-1. PMID 6930977.
  8. ^ Boal, A. K.; Rosenzweig, A. C. (2012). "A Radical Route for Nitrogenase Carbide Insertion". Science. 337 (6102): 1617–1618. Bibcode:2012Sci...337.1617B. doi:10.1126/science.1229088.
  9. ^ Ramaswamy, S (2011). "One Atom Makes All the Difference". Science. 334 (6058): 914–915. Bibcode:2011Sci...334..914R. doi:10.1126/science.1215283. PMID 22096179.
  10. ^ Einsle, O (2014). "Nitrogenase FeMo Cofactor: an Atomic Structure in Three Simple Steps". J. Biol. Inorg. Chem. 19 (6): 737–745. doi:10.1007/s00775-014-1116-7. PMID 24557709.
  11. ^ Hallmen, P.; Kestner, J. "N2 질소효소의 FeMo-Coactor에 바인딩. Z. 아노그 모두. 화학. 2014. doi:10.1002/zaac.201400114