NiFe氢化酶中活性位点组装所需的CO生物合成

由生命与生命系统探索性研究中心(ExCELLS)，国立自然科学研究院分子科学研究所(IMS)和大阪大学的研究人员组成的研究组揭示了生物合成一氧化碳所必需的详细机理。 NiFe氢化酶活性位点的成熟。

氢化酶是负责氢气氧化和质子还原的金属酶，在细菌氢代谢中起关键作用。根据活性位点金属含量的不同，将它们分为三类：NiFe-，FeFe-和Fe-氢化酶，它们在这些酶中含有不同的金属配合物作为活性中心(图1)。尽管它们的活性中心处的结构不同，但是一氧化碳(CO)与活性中心中的铁离子配位对于氢化酶活性至关重要。已知通过酶反应生物合成CO ，但是CO生物合成的细节未知。

在这项研究中，研究小组确定了负责CO生物合成的酶(HypX)的晶体结构(图2)，基于此，HypX通过前所未有的NiFe加氢酶成熟反应生物合成CO。HypX由两个域组成：N端和C端域。HypX内部存在一个连接N和C末端结构域的连续空腔(图2)。在晶体结构中，辅酶A(CoA)结合到型腔的C端区域。

在N和C末端域中发生两个不同的反应。在N端结构域中，发生了甲酰四氢叶酸的甲酰基转移反应，该甲酰四氢叶酸在腔体的N端区域作为底物与CoA结合(图3中的反应步骤1)。此时，腔中的CoA呈线性延伸的构象，CoA的SH-基位于结合在N-末端结构域的甲酰基四氢叶酸中的甲酰基附近。然后，通过甲酰基四氢叶酸酯向CoA的甲酰基转移反应，生成甲酰基-CoA作为反应中间体。

在下一步中，甲酰基-CoA在空腔中发生大的构象变化，以使甲酰基-CoA末端位置的甲酰基位于HypX C末端结构域的活性位点(图2中的反应步骤2)。 3)。在C端结构域中，CO通过甲酰基-CoA的脱羰作用形成(图3中的反应步骤3)。

该CO生物合成反应是前所未有的新颖反应。CoA是众所周知的辅酶，它在柠檬酸循环中对脂肪酸代谢和细胞能量代谢具有重要作用。然而，从未报道过CoA /甲酰基-CoA参与CO生物合成反应。这项研究揭示了一种众所周知的辅酶CoA的新型生理功能。

在许多情况下，金属酶的生物合成机制仍然未知。仍然有待特别阐明的是，金属酶的含金属活性中心是如何组装的。在这项工作中，我们确定了催化[NiFe]氢化酶活性位点构建所必需的一氧化碳生物合成反应的酶的第一晶体结构。将来，我们将根据这一结果继续进行研究，以阐明整个氢化酶成熟途径的详细机理。