Design Strategy of Multi-electron Transfer Catalysts Based on a Bioinformatic Analysis of Oxygen Evolution and Reduction Enzymes.
Design Strategy of Multi-electron Transfer Catalysts Based on a Bioinformatic Analysis of Oxygen Evolution and Reduction Enzymes.
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DOI：
10.1002/minf.201700139
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发表时间：
2018-08
影响因子：
3.6
通讯作者：
Nakamura R
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Ooka H;Hashimoto K;Nakamura R
了解光合和呼吸酶的设计策略对于开发有效的人工催化剂用于放氧和还原反应是重要的。在这里，基于生物信息学分析的蓝藻氧的进化和还原酶（光系统II：PS II和细胞色素c氧化酶：考克斯，分别），基因编码的催化D1亚基的PS II被发现单独表达在38个不同的遗传菌株，这是在相反的操纵子结构的基因编码的主要考克斯亚基。 D1亚基的选择性合成使PS II的修复成本最小化，这允许通过降低产生净正能量产量所需的周转数来补偿其不稳定性。 PS II和考克斯之间观察到的不同生物能量学表明，除了Sabatier原理合理化的催化活性外，稳定性因素也对生物多电子转移酶的设计策略产生了重大影响。
Understanding the design strategy of photosynthetic and respiratory enzymes is important to develop efficient artificial catalysts for oxygen evolution and reduction reactions. Here, based on a bioinformatic analysis of cyanobacterial oxygen evolution and reduction enzymes (photosystem II: PS II and cytochrome c oxidase: COX, respectively), the gene encoding the catalytic D1 subunit of PS II was found to be expressed individually across 38 phylogenetically diverse strains, which is in contrast to the operon structure of the genes encoding major COX subunits. Selective synthesis of the D1 subunit minimizes the repair cost of PS II, which allows compensation for its instability by lowering the turnover number required to generate a net positive energy yield. The different bioenergetics observed between PS II and COX suggest that in addition to the catalytic activity rationalized by the Sabatier principle, stability factors have also provided a major influence on the design strategy of biological multi‐electron transfer enzymes.
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