フラボアイロン酵素の光譜とDFT計算は,新しいダイロンサイト構造を暗示する

科学分野:

• 生物化学
• 酵素学
• バイオ有機化学

背景:

• フラボ鉄タンパク質 (FDP) は,無酸素生物における必須酵素であり,窒素酸化物 (NO) と酸素 (O2) の解毒に不可欠である.
• FDPは,構造的には他の鉄結合酵素と関連しているが,NOの回転能力によって異なるユニークな二核鉄活性部位を有している.
• FDPの電子構造と触媒機構を理解することは,NOとO2の代謝におけるその生物学的機能を明らかにする鍵です.

研究 の 目的:

• 最先端のスペクトロスコーピテクニックを用いて,FDPのディフェルリック状態とディフェルラス状態を電子的に特徴付ける.
• 還元過程における二鉄コアの構造変化とそのNOとO2の流通への影響を解明する.
• FDPの触媒メカニズムにおけるフラビンモノヌクレオチド (FMN) の役割を調査する.

主な方法:

• 電子パラマグネティック共振 (EPR) とモッズバウアー光譜を用いて詳細な電子的特徴を決定した.
• 密度関数理論 (DFT) の計算は,光譜的発見と構造的仮説をモデル化および解釈するために使用されました.
• 関連する二鉄タンパク質と合成鉄複合体の既存のデータとの比較

主要な成果:

• 交換結合定数 (J) は,縮小時に+20cm−1から+32cm−1に増加し,二鉄芯の構造的変化を示した.
• 顕微鏡およびDFTデータは,モノ-μ-ヒドロキソディフェラース状態に還元されたときにヒドロキソブリッジを失う二酸化炭素ブリッジされたディフェラースコアを示唆する.
• 提案された結晶構造の橋渡し溶媒分子は,光譜データと矛盾していることが判明した.モノ-μ-ヒドロキソディフェラース種が活性形態として提案されている.

結論:

• NOとO2と反応するFDPの触媒的機能的状態は,結晶構造によって正確に表現されないモノ-μ-ヒドロキソディフェラース種である.
• 還元は,ヒドロキソブリッジの喪失を含む二鉄のコアの重要な構造的再配置を誘導する.
• フラビンモノヌクレオチド (FMN) は,NOのターンオーバー中に陽子転送に関与しており,FDPにおけるその二重の役割を強調しています.