Железосодержащая гидрогеназа Desulfovibrio desulfuricans: структура выявляет необычную координацию двухъядерного железного центра активного сайта

Введение: Многие микроорганизмы способны либо окислять молекулярный водород, получая восстановительные эквиваленты, либо образовывать водород, утилизируя низкопотенциальные электроны. Эти реакции катализируют два неродственных семейства ферментов: Ni-Fe-гидрогеназы и железосодержащие гидрогеназы.

Результаты: Представлена структура гетеродимерной железосодержащей гидрогеназы Desulfovibrio desulfuricans — первая структура фермента этого класса. За исключением домена, подобного ферредоксину, белок имеет ранее не описанный тип укладки. Так называемый H-кластер фермента состоит из типичного кубана [4Fe-4S], соединённого с двухъядерным железным центром активного сайта, который содержит предполагаемые лиганды CO и CN и мостиковую молекулу 1,3-пропандитиола. Конформацию субъединиц можно объяснить эволюционными изменениями, в результате которых мономерные цитоплазматические ферменты превратились в димерные периплазматические. Выявлены вероятные пути переноса электронов и протонов, а также предполагаемый канал доступа водорода к активному сайту.

Выводы: Несмотря на неродственное происхождение, активные центры Ni-Fe- и железосодержащих гидрогеназ имеют несколько общих особенностей: координацию двухатомных лигандов с атомом Fe; свободное координационное место на одном из ионов металла, которое может служить участком связывания субстрата; двухъядерный центр с тиолатным мостиком; вероятные пути переноса протонов и электронов и каналы для субстрата. Координация двухатомных лигандов с ионами Fe обусловливает низкоспиновое состояние и способствует стабилизации низких степеней окисления, которые могут быть необходимы для катализа. Сложные сигналы электронного парамагнитного резонанса, характерные для железосодержащих гидрогеназ, возникают вследствие магнитного взаимодействия между кластером [4Fe-4S] и двухъядерным центром активного сайта. Небольшое число белковых лигандов этого центра позволяет предположить, что он был заимствован из неорганического мира уже в функциональном виде.