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[NiFe]氫化酵素催化機制新證據!

自[NiFe]氫化酵素 (Hydrogenase)於1995年第一次被成功解晶以來,讓人得以窺視其活性中心結構,卻也產生許多疑問。其中,關於氫分子(H2 molecule ),甚至是裂解後的氫負離子(hydride),應該接在那個部位上,一直都是眾說紛紜。是直接配位在鐵上?是直接配位在鎳上?亦或是以橋接的形式鍵結在兩金屬之間?此新合成出的模型錯合物似乎加強了較靠近鐵上的說法。

自然界中將氫分子進行可逆氧化還原反應生成質子與電子的氫化酵素大致上含有三種類型,[FeFe]氫化酵素(Iron only Hydrogenase)、[NiFe]氫化酵素(Nickel-Iron Hydrogenase)及不含硫鐵團簇之氫化酵素(Iron-sulfar cluster free hydrogenase )三大類,其中[NiFe]氫化酵素主要將氫分子做異相裂解(Heterolytic cleavage)產生兩質子及兩電子,以供給生物體做代謝之用。例如甲烷生成(Methanogenic)、光合作用(Photosynthetic)、固氮作用(Nitrogen fixing)、硫酸根還原(Sulfate reducing)及乙酸生成(Acetogenic)等等的代謝反應。自從[NiFe]酵素結構被發表後,許多生物無機化學家對此酵素活性中心產生很高的興趣。它是以鎳(Nickel)、鐵(Iron)兩異核金屬所構成,在鎳金屬部分共配位了四個半胱氨酸(Cysteine),而鐵金屬部分則利用兩個半胱胺酸當橋接配位基(Bridge ligands)連接起來,並且配位了兩個氰分子(Cyanide)及一個一氧化碳(Carbonyl)。在其去活性的狀態下,另有一小分子當橋接的配位基,一般認為此小分子應為氧離子或是氫氧根離子。

由於[NiFe]酵素活性中心為異核雙金屬中心,因此讓人感興趣的是其催化部分究竟是鎳?還是鐵?兩派論點各有其證據支持,目前尚無一定論。由於實際拿酵素做實驗有其困難與限制,因此為了闡明其中機制,生物無機化學家針對酵素活性中心環境設計特殊有機分子並與金屬配位合成小分子有機金屬化合物,嘗試模擬酵素活性中心配位情形,並進一步嘗試模擬酵素的功能。

來自日本九州大學(Kyushu University)的Ogo 等人,利用具N2S2類型(兩氮兩硫配位基)的有機分子配位在鎳金屬上,並以去氫化之硫醇(thiolate)橋接配位著釕(Ru, ruthenium )金屬,形成含鎳釕異核雙金屬錯合物,此錯合物與實際酵素活性中心比較已具有高度相似性。更可貴的是其具有高度水溶性,並且可將氫分子於水相中做異相裂解,產生氫負離子並且成功解出其晶體結構。證實氫負離子可以橋接形式配位在兩金屬之間,另外經由結構的測量,發現氫負離子較靠近釕金屬。此發現暗示著真實酵素行催化反應的過程中,氫分子或是氫負離子似乎較靠近鐵的部分。此高度水溶性的錯合物,亦有潛力拿來作為氫氧燃料電池的材料。

美國伊利諾大學(University of Illionis, Urbana-Champaign)的Rauchfuss 於他的推薦文寫道:對於此酵素模擬的下一步該往哪走?似乎答案已經很明確了,如何將釕改為鐵,並且更能完美的模擬活性中心結構與其功能將是之後的研究目標。

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說的太好了.不過小弟我有點不懂這是用在那.可否解釋一下

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