铁钼辅因子

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FeMo辅因子的结构,并标注了其与固氮酶结合的位点(Cys:半胱氨酸,His:组氨酸)。

FeMo辅因子(FeMoco)是固氮酶中核心的辅因子。 固氮酶是通过固氮过程催化将大气氮气转化为氨(NH3)的酶。 其中含有金属的辅因子及所谓的铁幕辅因子。 它的化学式为Fe7MoS9C。

结构[编辑]

铁钼辅因子是化学分子式为Fe7MoS9C的分子团。这个较大的分子团簇可以看成两部分的组合:一部分Fe4S3团簇和另一部分MoFe3S3团簇。两个子团簇由三个硫配体相连。 其中Fe通过半胱氨酸(Cys)连接到固氮酶上,同时它也和其余三个硫相互键合从而形成四面体的局部分子结构。 其余的六个Fe在分子团簇中和都分别和三个硫相连。这六个Fe构成了三棱柱型的空间,其中裹覆着一个碳原子。Mo原子连接着三个硫原子并通过一个组氨酸(His)固定到固氮酶上。和Mo同时相连的还有一个双配齿的高柠檬酸从而在Mo附近形成了一个八面体配位场。延伸X射线吸收精细结构(EXAFS)光谱学分析最早的证实了铁钼辅因子的几何构型。其中Fe-S, Fe-Fe和Fe-Mo键长分别为2.32, 2.64和2.73 Å。

铁钼辅因子电子性能[编辑]

从电子顺磁共振结果可以发现铁钼辅因子的静态有着s=3/2的自旋态。 通过单电子还原铁钼辅因子显示出电子顺磁共振沉默。深入挖掘电子在蛋白质中的转移过程、可以得到一个更精确的飞秒级辅因子的动力学模型。DFT计算结果显示了其氧化态为MoIV-2FeII-5FeIII-C4−-H+, 但到目前为止还没有实验性的数据可以证实其确切的氧化态.[1]

生化合成[编辑]

FeMoco的生物合成是一个复杂的过程,需要几个Nif基因产物,特别是nifS、nifQ、nifB、nifE、nifN、nifV、nifH、nifD和nifK(表达为nifS、NifU等蛋白)。建议由NifS和NifU启动FeMoco组装,将Fe和硫化物聚合成小的Fe- s碎片。这些片段被转移到NifB支架上,在转移到NifEN蛋白(由nifE和nifN编码)之前被排列成Fe7MoS9C簇,并在交付给MoFe蛋白之前被重新排列。其他几个因素也参与了生物合成。例如,NifV是向FeMoco提供高柠檬酸高柠檬酸合酶。NifV是一种蛋白因子,被认为参与了Mo的存储和/或动员。Fe蛋白是MoFe蛋白6的电子供体。这些生物合成因子经生化、光谱和结构分析证实具有确切的功能和序列。

分离提纯[编辑]

通过将硝基酶离心沉淀到MoFe蛋白和Fe蛋白中,分离出afo辅因子。用酸处理MoFe蛋白,提取出FeMo辅助因子。第一次萃取是用N,N-二甲基甲酰胺,第二次是用N-甲基甲酰胺和Na2HPO4的混合物,最后通过离心沉淀。[2]

鉴定辅因子中心原子[编辑]

在M-cluster合成中起直接作用的三种蛋白质是NifH、NifEN和NifB。NifB蛋白负责辅助因子的Fe-S核心的组装;将两个[4Fe-4S]簇缝合在一起的过程。NifB属于SAM (s -adenosyl- l-蛋氨酸)酶超家族。在FeMo辅助因子的生物合成过程中,NifB及其SAM辅助因子直接参与了Fe-S络合物中心碳原子的插入。相当于SAM捐赠了一个甲基,甲基变成了m簇的间隙碳化物。SAM的甲基是通过5 -脱氧腺苷自由基(5 -dA·)清除H来动员的。推测的是,一个瞬态的CH2·自由基被形成,随后被合并到形成fe6 -碳化物的金属簇中。插入氮化酶后,间质碳仍与FeMo辅助因子相关,中心碳原子通过13C标记和脉冲EPR光谱检测得到确认。除了EPR光谱外,x射线衍射法证实了在FeMo辅助因子中间有一个中心原子,x射线发射光谱研究表明中心原子是碳,这是由于2p 1s碳-铁的跃迁。x射线结晶学的使用表明,虽然FeMo辅助因子不是以催化形式存在,但碳保持了结构的刚性,这有助于描述氮化酶的反应性。

吸附态[编辑]

底物附着在辅因子上的吸附位点尚未阐明。认为离间隙碳最近的Fe原子参与底物活化,而末端钼也可作为固氮的潜在位点。[3]


参考文献[编辑]

  1. ^ Harris, T.V.; Szilagyi, R.K. Comparative Assessment of the Composition and Charge State of Nitrogenase FeMo-Cofactor. Inorg Chem. 2011, 50: 4811–4824. PMC 3105220. doi:10.1021/ic102446n. 
  2. ^ Burgess, C. F.; Jacobs, D. B.; Stiefel, E. I. Large Scale Purification of High Activity Azotobacter Vinelandii Nitrogenase. Biochimica et Biophysica Acta: 196–209. doi:10.1016/0005-2744(80)90180-1. 
  3. ^ Hallmen, P. P.; Kästner, J. "N2 Binding to the FeMo-Cofactor of Nitrogenase.