The Crystal Structure of [Fe]-Hydrogenase Reveals the Geometry of the Active Site

氢化酶 氰化物 化学 活动站点 一氧化碳 催化作用 分子 结晶学 晶体结构 立体化学 无机化学 有机化学
作者
Seigo Shima,Oliver Pilak,Sonja Vogt,Michael Schick,M.S. Stagni,Wolfram Meyer‐Klaucke,Eberhard Warkentin,Rudolf K. Thauer,Ulrich Ermler
出处
期刊:Science [American Association for the Advancement of Science (AAAS)]
卷期号:321 (5888): 572-575 被引量:565
标识
DOI:10.1126/science.1158978
摘要

Biological formation and consumption of molecular hydrogen (H 2 ) are catalyzed by hydrogenases, of which three phylogenetically unrelated types are known: [NiFe]-hydrogenases, [FeFe]-hydrogenases, and [Fe]-hydrogenase. We present a crystal structure of [Fe]-hydrogenase at 1.75 angstrom resolution, showing a mononuclear iron coordinated by the sulfur of cysteine 176, two carbon monoxide (CO) molecules, and the sp 2 -hybridized nitrogen of a 2-pyridinol compound with back-bonding properties similar to those of cyanide. The three-dimensional arrangement of the ligands is similar to that of thiolate, CO, and cyanide ligated to the low-spin iron in binuclear [NiFe]- and [FeFe]-hydrogenases, although the enzymes have evolved independently and the CO and cyanide ligands are not found in any other metalloenzyme. The related iron ligation pattern of hydrogenases exemplifies convergent evolution and presumably plays an essential role in H 2 activation. This finding may stimulate the ongoing synthesis of catalysts that could substitute for platinum in applications such as fuel cells.

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