Proposed Mechanism for the Biosynthesis of the [FeFe] Hydrogenase H-Cluster: Central Roles for the Radical SAM Enzymes HydG and HydE.
Proposed Mechanism for the Biosynthesis of the [FeFe] Hydrogenase H-Cluster: Central Roles for the Radical SAM Enzymes HydG and HydE.
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DOI：
10.1021/acsbiomedchemau.1c00035
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发表时间：
2022-02-16
期刊：
影响因子：
--
通讯作者：
Wang LP
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Britt RD;Tao L;Rao G;Chen N;Wang LP
自由基S-腺苷甲硫氨酸（自由基SAM或rSAM）酶使用其S-腺苷甲硫氨酸辅因子与[4Fe-4S]簇的独特Fe结合以产生“热”5′-脱氧腺苷自由基，其通过与给定的rSAM酶底物的特异性相互作用驱动高度选择性的自由基反应。这一观点的重点是两个rSAM酶参与的有机金属H-簇的[FeFe]氢化酶的生物合成。我们在这里提出了一个详细的序列模型启动HydG，它裂解酪氨酸底物通过5′-脱氧腺苷H原子提取这些氨基酸的氨基，最初产生脱氢甘氨酸和氧化苄基自由基。在这个模型中，两个连续的自由基级联反应最终导致形成HydG的产物，一个单核的Fe有机金属络合物：[Fe（II）（CN）（CO）2（cysteinate）]−，其中的铁来源于一个独特的“悬挂”Fe，由半胱氨酸配体配位，提供了一个硫桥连接到酶中的另一个[4Fe-4S]辅助簇。反过来，在这个模型中，[Fe（II）（CN）（CO）2（半胱氨酸）]−是HydE的底物，HydE是生物合成途径中的第二种rSAM酶，它激活这个单核有机金属单元进行二聚化，形成H簇的[2Fe]H组分的[Fe 2S 2（CO）4（CN）2]前体，只需要完成桥接氮杂二硫醇盐（SCH 2NHCH 2S）配体。该模型建立在数据的基础上，该数据结合了无细胞合成、同位素敏感光谱和选择性使用合成复合物替代酶促“装配线”中的中间体。我们讨论了有关这种模式的争议和一些剩余的开放问题，以解决未来的工作。
Radical S-adenosylmethionine (radical SAM or rSAM) enzymes use their S-adenosylmethionine cofactor bound to a unique Fe of a [4Fe–4S] cluster to generate the “hot” 5′-deoxyadenosyl radical, which drives highly selective radical reactions via specific interactions with a given rSAM enzyme’s substrate. This Perspective focuses on the two rSAM enzymes involved in the biosynthesis of the organometallic H-cluster of [FeFe] hydrogenases. We present here a detailed sequential model initiated by HydG, which lyses a tyrosine substrate via a 5′-deoxyadenosyl H atom abstraction from those amino acid’s amino group, initially producing dehydroglycine and an oxidobenzyl radical. In this model, two successive radical cascade reactions lead ultimately to the formation of HydG’s product, a mononuclear Fe organometallic complex: [Fe(II)(CN)(CO)2(cysteinate)]−, with the iron originating from a unique “dangler” Fe coordinated by a cysteine ligand providing a sulfur bridge to another [4Fe–4S] auxiliary cluster in the enzyme. In turn, in this model, [Fe(II)(CN)(CO)2(cysteinate)]− is the substrate for HydE, the second rSAM enzyme in the biosynthetic pathway, which activates this mononuclear organometallic unit for dimerization, forming a [Fe2S2(CO)4(CN)2] precursor to the [2Fe]H component of the H-cluster, requiring only the completion of the bridging azadithiolate (SCH2NHCH2S) ligand. This model is built upon a foundation of data that incorporates cell-free synthesis, isotope sensitive spectroscopies, and the selective use of synthetic complexes substituting for intermediates in the enzymatic “assembly line”. We discuss controversies pertaining to this model and some remaining open issues to be addressed by future work.
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影响因子：
16.6
作者：
Driesener, Rebecca C.;Challand, Martin R.;Roach, Peter L.
通讯作者：
Roach, Peter L.
DOI：
10.1039/d1dt02258j
发表时间：
2021-09-21
期刊：
Dalton transactions (Cambridge, England : 2003)
影响因子：
--
作者：
通讯作者：
--
影响因子：
15
作者：
Madden, Christopher;Vaughn, Michael D.;Moore, Thomas A.
通讯作者：
Moore, Thomas A.
影响因子：
8.4
作者：
Britt RD;Rao G;Tao L
通讯作者：
Tao L
影响因子：
15
作者：
Mulder, David W.;Guo, Yisong;King, Paul W.
通讯作者：
King, Paul W.