ギ酸デヒドロゲナーゼは、ギ酸を二酸化炭素に酸化する反応を触媒し、ギ酸:NAD+ オキシドレダクターゼ ( EC 1.17.1.9 )ではNAD +などの第 2 の基質に、ギ酸:フェリシトクロム-b1 オキシドレダクターゼ ( EC 1.2.2.1 ) ではシトクロムに電子を供与する酵素群である。[ 1 ]この酵素群は、地球温暖化 に関連する二酸化炭素固定法の着想や指針として注目を集めている。[ 2 ]
関数
NAD依存性ギ酸脱水素酵素は、メタノールなどのC1化合物の異化に不可欠なメチロ栄養酵母および細菌において重要である。[ 3 ]シトクロム依存性酵素は、原核生物の嫌気性代謝においてより重要である。[ 4 ]例えば、大腸菌では、ギ酸：フェリシトクロムb1酸化還元酵素は2つのサブユニットを持つ内在性膜タンパク質であり、嫌気性硝酸呼吸に関与している。[ 5 ] [ 6 ]
NAD依存性反応
ギ酸 + NAD + ⇌ CO 2 + NADH + H +
シトクロム依存性反応
ギ酸 + 2 フェリシトクロム b1 ⇌ CO 2 + 2 フェロシトクロム b1 + 2 H +
モリブドプテリン、モリブデン、セレンへの依存性
金属依存性Fdhは、活性部位にMoまたはWを有する。これらの活性部位は、 DMSO還元酵素に見られるモチーフに似ており、2つのモリブドプテリン補因子が二座配位でMo/Wに結合している。5番目と6番目の配位子は硫化物とシステイン酸塩またはセレノシステイン酸塩である。[ 7 ]
作用機序としては、ギ酸塩からの水素化物移動と二酸化炭素の放出によって誘発される金属中心の2電子酸化還元反応が関与していると考えられる。
- S=M VI (Scys)(SR) 4 + HCO − 2 ⇌ HS−M IV (Scys)(SR) 4 + CO 2
- S=M VI (Secys)(SR) 4 + HCO − 2 ⇌ HS−M IV (Secys)(SR) 4 + CO 2
このスキームでは、(SR) 4 は、2 つのジチオレン補因子であるモリブドプテリンによって提供される 4 つのチオラート様リガンドを表します。ジチオレンおよびシステイニル/セレノシステイニルリガンドは、酸化還元不活性です。分子の詳細に関しては、数多くの研究にもかかわらず、メカニズムは依然として不明確です。ほとんどのメカニズムは、典型的な Mo/W オキソトランスフェラーゼ (例: DMSO 還元酵素) とは対照的に、ギ酸が Mo/W に配位しないと想定しています。一般的なメカニズムの提案は、ギ酸から Mo/W VI =S 基へのH −の移動を伴います。 [ 8 ]
ギ酸デヒドロゲナーゼ（PDB 1KQF、1.6 Å 分解能、大腸菌由来）；ペリプラズムのαサブユニットとβサブユニットの[Fe4S4]クラスター、および細胞質のγサブユニットのFe(ヘムb)PとFe-(ヘムb)Cメノキノン結合部位（HQNOリガンドがFe(ヘムb)Cの近くに結合している）を示す電子伝達鎖の全体像。原子の色：Fe = オレンジ、S = 黄色、C = 灰色、O = 赤、N = 青。膜貫通ドメイン
ギ酸デヒドロゲナーゼは、2つの膜貫通ドメインから構成されており、βサブユニットの3つのαヘリックスとγサブユニットの4つの膜貫通ヘリックスからなる。
ギ酸デヒドロゲナーゼのβサブユニットはペリプラズムに存在し、単一の膜貫通αヘリックスがβサブユニットを内膜表面に固定することで膜を貫通している。βサブユニットは2つのサブドメインを持ち、各サブドメインには2つの[4Fe-4S]フェレドキシンクラスターが存在する。サブユニット全体にわたって[4Fe-4S]クラスターが鎖状に巧みに配置され、クラスター間の距離が短いため、[4Fe-4S]-1、[4Fe-4S]-4、[4Fe-4S]-2、[4Fe-4S]-3を介してγサブユニットのペリプラズムヘムbへ電子が迅速に流れる。その後、電子の流れは膜を横切ってγサブユニットの細胞質ヘムbへと導かれる。
ギ酸デヒドロゲナーゼのγサブユニットは、膜結合型シトクロムbであり、4つの膜貫通ヘリックスと2つのヘムb基から構成され、ヘム結合を助ける4ヘリックス束を形成する。γサブユニットに結合したヘムb補因子は、サブユニット内を電子がホッピングすることを可能にする。膜貫通ヘリックスは両方のヘムb基を保持するが、3つのヘムb基のみがヘムリガンドを提供し、それによってFe-ヘムを固定する。ペリプラズム側のヘムb基は、βサブユニットのペリプラズムドメインにある[4Fe-4S]-3クラスターから電子を受け取る。細胞質側のヘムb基は、ペリプラズム側のヘムb基から電子を受け取り、電子の流れはγサブユニットの膜貫通ドメインにあるメナキノン（ビタミンK）還元部位へと向けられる。 γサブユニットのメナキノン還元部位は、細胞質ヘムbのヒスチジンリガンドの結合を介して電子を受け取る。[ 9 ]
メナキノン結合部位と、提案されている水プロトン経路参考資料
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参考文献
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- ↑ Stripp, Sven T.; Duffus, Benjamin R.; Fourmond, Vincent; Léger, Christophe; Leimkühler, Silke; Hirota, Shun; Hu, Yilin; Jasniewski, Andrew; Ogata, Hideaki; Ribbe, Markus W. (2022). "ニトロゲナーゼ、ヒドロゲナーゼ、ギ酸デヒドロゲナーゼ、および CO デヒドロゲナーゼにおける第 2 および外配位圏効果" . Chemical Reviews . 122 (14): 11900– 11973. doi : 10.1021/acs.chemrev.1c00914 . PMC 9549741 . PMID 35849738 .
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- ↑ Stiefel, Edward (2002-03-31). "プロトン駆動力生成の分子基盤：ギ酸デヒドロゲナーゼ-Nの構造に関する教員意見の推奨" . doi : 10.3410/f.1004770.61154 .
外部リンク
- EC 1.2.2.1の酵素リンク
- EC 1.2.1.2の酵素リンク
