Mechanism of hydrogen activation by [NiFe] hydrogenases

氢化酶 天冬酰胺 化学 天冬氨酸 活动站点 丙氨酸 立体化学 突变 生物化学 赖氨酸 大肠杆菌 精氨酸 定点突变 氨基酸 突变体 结晶学 基因
作者
Rhiannon M. Evans,Emily J. Brooke,Sara A. M. Wehlin,Elena Nomerotskaia,Frank Sargent,S.B. Carr,S.E.V. Phillips,Fräser A. Armstrong
出处
期刊:Nature Chemical Biology [Springer Nature]
卷期号:12 (1): 46-50 被引量:110
标识
DOI:10.1038/nchembio.1976
摘要

[NiFe] hydrogenases contain a conserved arginine (R509) that is suspended over the Ni and Fe atoms. Biochemical, crystallographic and electrochemical analysis of an R509K mutant reveal >100-fold lower oxidation activity despite the maintenance of structural integrity. The active site of [NiFe] hydrogenases contains a strictly conserved arginine that suspends a guanidine nitrogen atom <4.5 Å above the nickel and iron atoms. The guanidine headgroup interacts with the side chains of two conserved aspartic acid residues to complete an outer-shell canopy that has thus far proved intractable to investigation by site-directed mutagenesis. Using hydrogenase-1 from Escherichia coli, the strictly conserved residues R509 and D574 have been replaced by lysine (R509K) and asparagine (D574N) and the highly conserved D118 has been replaced by alanine (D118A) or asparagine (D118N/D574N). Each enzyme variant is stable, and their [(RS)2Niμ(SR)2Fe(CO)(CN)2] inner coordination shells are virtually unchanged. The R509K variant had >100-fold lower activity than native enzyme. Conversely, the variants D574N, D118A and D118N/D574N, in which the position of the guanidine headgroup is retained, showed 83%, 26% and 20% activity, respectively. The special kinetic requirement for R509 implicates the suspended guanidine group as the general base in H2 activation by [NiFe] hydrogenases.
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