Die Bindung von Cyanid an [FeFe]‐Hydrogenasen stabilisiert die alternative Konfiguration des Protonentransferpfads. (10th January 2023)

• Record Type: Journal Article
• Authors: Duan, Jifu; Hemschemeier, Anja; Burr, David J.; Stripp, Sven T.; Hofmann, Eckhard; Happe, Thomas
• Is Part Of: Angewandte Chemie. Volume 135:Number 7(2023)
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• Publication Date: 2023-01-10
• Subjects: Cyanid -- Hydrogenase -- Protonentransferpfad -- Röntgenbeugung -- Wasserstoffbrücken; Chemistry -- Periodicals; 540
• DOI: 10.1002/ange.202216903
• Languages: English
• ISSNs: 0044-8249

Abstract

Abstract: Hydrogenasen sind H2 ‐umsetzende Metalloenzyme und enthalten katalytische Kofaktoren, deren Eisenionen durch biologisch ungewöhnliche Kohlenmonoxid‐ (CO) und Cyanid‐ (CN − ) Liganden koordiniert sind. Externes CO und CN − hemmt Hydrogenasen jedoch. Der molekulare Mechanismus der Bindung von CN − an [FeFe]‐Hydrogenasen ist unbekannt. In dieser Studie präsentieren wir Kristallstrukturen der mit CN − behandelten [FeFe]‐Hydrogenase CpI aus Clostridium pasteurianum . Auf Grund der hohen Auflösung von 1.39 Å können wir die intrinsischen CO‐ und CN − ‐Liganden voneinander unterscheiden. Wir zeigen, dass externes CN − die offene Bindestelle des Kofaktors besetzt, an die auch externes CO bindet. Im Gegensatz zu anderen Inhibitoren zeigen die CN − ‐behandelten Kristalle Konformationsänderungen konservierter Reste des Protonentransferpfads, die einen direkten Austausch von Protonen zwischen den Aminosäuren E279 und S319 ermöglichen. Diese Konformation wurde als notwendig für einen effizienten Protonentransfer vorgeschlagen, doch wurde sie bisher nicht strukturell nachgewiesen. Abstract : [FeFe]‐Hydrogenasen sind hocheffiziente H2 ‐Biokatalysatoren, die intrinsische CN − Liganden verwenden. Hier zeigen wir, dass extrinsisches CN − an die offene Koordinationsstelle des katalytischen Zentrums bindet. Darüber hinaus werden neue Konformationen innerhalb des Protonentransferpfads beobachtet, die komplementär zu denen im oxidierten Zustand Hox sind und so eine strukturelle Grundlage für das Verständnis der molekularen Mechanismen des schnellen Protonentransfers in Enzymen darstellen.