Войти
| Дегидрогеназа монооксида углерода (акцептор) | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Идентификаторы | |||||||||
| Номер ЕС | 1.2.7.4 | ||||||||
| номер CAS | 64972-88-9 | ||||||||
| Базы данных | |||||||||
| IntEnz | IntEnz view | ||||||||
| BRENDA | BRENDA entry | ||||||||
| ExPASy | NiceZyme view | ||||||||
| KEGG | Запись KEGG | ||||||||
| MetaCyc | метаболический путь | ||||||||
| PRIAM | профиль | ||||||||
| PDB структуры | RCSB PDB PDBe PDBsum | ||||||||
| Ген Онтология | AmiGO / QuickGO | ||||||||
| |||||||||
В энзимологии, углерод m оноксиддегидрогеназа (CODH) (EC 1.2.7.4 ) представляет собой фермент, который катализирует химическую реакцию
CO2+ AH 2Химический процесс, катализируемый дегидрогеназой монооксида углерода, называется реакцией конверсии водяного газа.
3 субстратами этого фермента являются CO, H2O и A, тогда как два его продукта - это CO2 и AH 2.
. Различные доноры / приемники электронов (обозначены как «A» и « AH 2 "в приведенном выше уравнении реакции) наблюдаются в микроорганизмах, которые используют CODH. Несколько примеров кофакторов переноса электрона включают ферредоксин, NADP + / NADPH и комплексы флавопротеинов, подобные флавинадениндинуклеотиду (FAD). Дегидрогеназы окиси углерода поддерживают метаболизм различных прокариот, включая метаногены, аэробные карбоксидотрофы, ацетогены, сульфатредукторы и гидрогеногенные бактерии. Двунаправленная реакция, катализируемая CODH, играет роль в углеродном цикле, позволяя организмам использовать CO в качестве источника энергии и CO 2 в качестве источника углерода. CODH может образовывать монофункциональный фермент, как в случае Rhodospirillum rubrum, или может образовывать кластер с ацетил-CoA-синтазой, как было показано на M.thermoacetica. При совместном действии либо в качестве структурно независимых ферментов, либо в бифункциональной единице CODH / ACS, два каталитических сайта являются ключевыми для фиксации углерода в восстановительном пути ацетил-КоА Микробные организмы (оба Аэробные и Анаэробный ) кодируют и синтезируют CODH с целью фиксации углерода (окисление CO и восстановление CO 2). В зависимости от присоединенных дополнительных белков (A, B, C, D-кластеры) они выполняют множество каталитических функций, включая восстановление кластеров [4Fe-4S] и внедрение никеля.
Этот фермент принадлежит к семейству из оксидоредуктаз, особенно тех, которые действуют на альдегидную или оксогруппу донора с другими акцепторами. Систематическое название этого класса ферментов - монооксид углерода: акцепторная оксидоредуктаза. Другие широко используемые названия включают анаэробную дегидрогеназу монооксида углерода, оксигеназу оксида углерода, дегидрогеназу монооксида углерода и оксидоредуктазу монооксида углерода: (акцепторную).
Аэробные карбоксидотрофные бактерии используют флавоферменты медь-молибден. Анаэробные бактерии используют CODH на основе никеля и железа из-за их чувствительности к кислороду. CODH, содержащий активный центр Mo- [2Fe-2S] -FAD, был обнаружен у аэробных бактерий, в то время как особый класс ферментов Ni- [3Fe-4S] CODH был очищен от анаэробных бактерий. Оба класса CODH катализируют обратимое превращение между диоксидом углерода (CO 2) и монооксидом углерода (CO). CODH существует как в монофункциональной, так и в бифункциональной формах. В последнем случае CODH образует бифункциональный кластер с ацетил-CoA-синтазой, что хорошо охарактеризовано у анаэробных бактерий Moorella thermoacetica.
Структура CODH / ACS в M.thermoacetica. Показаны субъединицы альфа (ACS) и бета (CODH). (1) A-кластер Ni- [4Fe-4S]. (2) C- кластер Ni- [3Fe-4S]. (3) B-кластер [4Fe-4S]. (4) D-кластер [4Fe-4S]. Разработан на основе 3I01 Гомодимерный Ni-CODH состоит из пяти комплексов металлов, называемых кластерами. Каждый из них отличается индивидуальной координационной геометрией, наличием никеля и расположением активного центра в субъединице α или β. Несколько исследовательских групп предложили кристаллические структуры для α 2β2тетрамерного фермента CODH / ACS из ацетогенных бактерий M. thermoacetica, включая два недавних примера с 2009 г.: 3I01 2Z8Y. Две β-единицы являются участком активности CODH и образуют центральное ядро фермента. В целом, 310 Фермент kDa содержит семь кластеров железо-сера [4Fe-4S]. Каждая α-единица содержит один металлический кластер. Вместе две β-единицы содержат пять кластеров трех типов. Каталитическая активность CODH проявляется в Ni- [3Fe-4S] C-кластерах, в то время как внутренние [4Fe-4S] B и D кластеры переносят электроны от C-кластера к внешним электронным носителям, таким как ферредоксин. Активность ACS происходит в A-кластере, расположенном в двух внешних α-единицах.
Примечательной особенностью CODH / ACS M. thermoacetica является внутренний газовый туннель, соединяющий несколько активных центров. Полная роль газового канала в регулировании скорости каталитической активности все еще является предметом исследования, но несколько исследований подтверждают мнение, что молекулы CO действительно перемещаются непосредственно от C-кластера к активному центру ACS, не покидая фермента. Например, на скорость активности ацетил-КоА-синтазы в бифункциональном ферменте не влияет добавление гемоглобина, который будет конкурировать за CO в нерасфасованном растворе, а исследования изотопного мечения показывают, что предпочтительно используется монооксид углерода, полученный из C-кластера. в A-кластере над немеченым CO в растворе. Белковая инженерия CODH / ACS в M.thermoacetica показала, что мутирующие остатки, чтобы функционально блокировать туннель, останавливали синтез ацето-КоА, когда присутствовал только CO 2. Открытие функционального туннеля CO помещает CODH в растущий список ферментов, которые независимо развили эту стратегию для переноса реактивных промежуточных продуктов с одного активного центра на другой.
Каталитический сайт CODH, называемый C-кластером, представляет собой кластер [3Fe-4S], связанный с фрагментом Ni-Fe. Две основные аминокислоты (Lys587 и His 113 в M.thermoacetica) находятся в непосредственной близости от С-кластера и способствуют химии кислот и оснований, необходимых для активности фермента. Основываясь на ИК-спектрах, предполагающих присутствие комплекса Ni-CO, предложенная первая стадия окислительного катализа CO до CO 2 включает связывание CO с Ni и соответствующее комплексообразование Fe с молекулой воды.
Связывание молекулы CO вызывает сдвиг в координации атома Ni от квадратно-плоской к квадратно-пирамидальной геометрии. Доббек и др. далее предполагают, что движение цистеинового лиганда атома никеля приводит CO в непосредственную близость к гидроксильной группе и способствует нуклеофильной атаке, катализируемой основанием, связанной с железом гидроксильной группой. Карбоксильный мостик между атомами Ni и Fe был предложен в качестве промежуточного соединения. Декарбоксилирование приводит к высвобождению CO 2 и уменьшению кластера. Хотя итоговая промежуточная степень окисления Ni и степень, в которой электроны распределены по кластеру Ni- [3Fe-4S], являются предметом некоторых дискуссий, электроны в восстановленном C-кластере переносятся в соседние B и D [4Fe -4S], возвращая Ni- [3Fe-4S] C-кластер в окисленное состояние и восстанавливая одноэлектронный носитель ферредоксин.
Учитывая роль CODH в CO 2 фиксации, в литературе по биохимии обычно предполагается, что восстановительный механизм рассматривается как «прямая реверсия» окислительного механизма по «принципу микрообратимости». В процессе восстановления диоксида углерода С-кластер фермента должен сначала быть активирован из окисленного в восстановленное состояние до образования связи Ni-CO 2.
Дегидрогеназа монооксида углерода тесно связана с регулированием уровней CO и CO 2 в атмосфере, поддерживая оптимальные уровни CO, подходящие для других форм жизни. Микробные организмы полагаются на эти ферменты как для сохранения энергии, так и для фиксации CO2. Часто кодирование и синтез нескольких уникальных форм CODH для использования по назначению. Дальнейшие исследования конкретных типов CODH показывают, что CO используется и конденсируется с CH 3(метильными группами ) с образованием ацетил-CoA. Анаэробные микроорганизмы, такие как ацетогены, проходят Путь Вуда-Люнгдаля, полагаясь на CODH для производства CO за счет восстановления CO 2, необходимого для синтеза Ацетил-КоА из метила, кофермента а (КоА) и корриноида железо-серного белка. Другие типы показывают, что CODH используется для создания движущей силы протона с целью выработки энергии. CODH используется для окисления CO, производя два протона, которые впоследствии восстанавливаются с образованием дигидрогена (H 2, в просторечии называемого молекулярный водород ), обеспечивая необходимую свободную энергию для генерации АТФ..
