Войти
Структура кофактора FeMo, показывающая сайты связывания в нитрогеназу. Указаны аминокислоты цистеин (Cys) и гистидин (His). FeMoco (FeMo кофактор ) первичный кофактор нитрогеназы. Нитрогеназа - это фермент, который катализирует превращение молекул атмосферного азота N 2 в аммиак (NH 3) посредством процесса, известного как азотфиксация. Кофактор, содержащий железо и молибден, называется FeMoco. Его стехиометрия составляет Fe 7 MoS 9 C.
Кофактор FeMo представляет собой кластер с составом Fe 7 MoS 9 C. Fe - это химический символ для элемента железо (железо), а Mo - символ молибдена. Этот большой кластер можно рассматривать как две субъединицы, состоящие из одного кластера Fe 4S3(сульфида железа (III) ) и одного кластера MoFe 3S3. Два кластера связаны тремя сульфидными лигандами. Уникальное железо (Fe) прикреплено к белку с помощью цистеина. Он также связан с тремя сульфидами, в результате чего получается тетраэдрическая геометрия молекулы. Каждый из дополнительных шести центров Fe в кластере связан с тремя сульфидами. Эти шесть внутренних центров Fe определяют тригонально-призматическое расположение вокруг центрального карбидного центра. Молибден присоединен к трем сульфидам и прикреплен к белку имидазольной группой остатка гистидина. Также с Mo связан бидентатный гомоцитратный кофактор, приводящий к октаэдрической геометрии. Кристаллографический анализ белка MoFe первоначально предполагал геометрию FeMoco, что было подтверждено расширенные исследования тонкой структуры поглощения рентгеновских лучей (EXAFS). Расстояния Fe-S, Fe-Fe и Fe-Mo составили 2,32, 2,64 и 2,73 Å соответственно.
Согласно анализу, проведенному Согласно спектроскопии электронного парамагнитного резонанса, состояние покоя кофактора FeMo имеет спиновое состояние S = 3/2. При одноэлектронном восстановлении кофактор становится бесшумным. Понимание процесса, в котором электрон переносится в белковом аддукте, показывает более точную кинетическую модель кофактора FeMo. Расчеты теории функциональной плотности показали, что формальная степень окисления - это Mo-2Fe-5Fe-CH, но «истинные» степени окисления не были подтверждены экспериментально.
Биосинтез FeMoco - это сложный процесс, требующий нескольких продуктов гена Nif, в частности продуктов nifS, nifQ, nifB, nifE, nifN, nifV, nifH, nifD и nifK (выраженных как белки NifS, NifU и т. д.). Предполагается, что сборка FeMoco инициируется NifS и NifU, которые мобилизуют Fe и сульфид в небольшие фрагменты Fe-S. Эти фрагменты переносятся на каркас NifB и собираются в кластер Fe 7 MoS 9 C перед переносом в белок NifEN (кодируемый nifE и nifN) и перегруппировываются перед доставкой в MoFe. белок. В биосинтезе участвует несколько других факторов. Например, NifV - это гомоцитрат-синтаза, которая поставляет гомоцитрат FeMoco. Предполагается, что NifV, белковый фактор, участвует в хранении и / или мобилизации Mo. Белок Fe является донором электронов для белка MoFe. Эти биосинтетические факторы были выяснены и охарактеризованы с точными функциями и последовательностью, подтвержденными биохимическим, спектроскопическим и структурным анализами.
Изоляция кофактора FeMo от нитрогеназы осуществляется посредством центрифугирования седиментации нитрогеназы в протеине MoFe и протеине Fe. Кофактор FeMo экстрагируется путем обработки белка MoFe кислотами. Первая экстракция проводится с помощью N, N-диметилформамида, а вторая - смесью N-метилформамида и Na 2 HPO 4. перед окончательным осаждением путем центрифугирования.
Три белка, которые играют непосредственную роль в синтезе М-кластера, - это NifH, NifEN и NifB. Белок NifB отвечает за сборку Fe-S ядра кофактора; процесс, который включает сшивание двух кластеров [4Fe-4S]. NifB принадлежит к суперсемейству ферментов SAM (S-аденозил-L-метионин). Во время биосинтеза кофактора FeMo NifB и его кофактор SAM напрямую участвуют во внедрении атома углерода в центр комплекса Fe-S. Эквивалент SAM отдает метильную группу, которая становится карбидом внедрения М-кластера. Метильная группа SAM мобилизуется путем радикального удаления H 5’-дезоксиаденозиновым радикалом (5’-dA ·). Предположительно, образуется временный радикал –CH2 ·, который впоследствии включается в металлический кластер, образуя частицы Fe 6 -карбида. Межузельный углерод остается связанным с кофактором FeMo после вставки в нитрогеназу. Центральный атом углерода был подтвержден с помощью мечения C с обнаружением с помощью импульсной спектроскопии ЭПР. Помимо ЭПР-спектроскопии, рентгеновская дифрактометрия использовалась для проверки наличия центрального атома в середине кофактора FeMo, а рентгеновские эмиссионные спектроскопические исследования показали, что центральным атомом был углерод из-за 2p → 1с переход углерод-железо. Использование рентгеновской кристаллографии показало, что хотя кофактор FeMo не находится в каталитической форме, углерод сохраняет структуру жесткой, что помогает описать реакционную способность нитрогеназы.
Место прикрепления субстрата к комплексу еще не выяснено. Считается, что атомы Fe, наиболее близкие к межузельному углероду, участвуют в активации субстрата, но концевой молибден также является кандидатом для фиксации азота.
