作者:Thamarasee Jeewandara，科学X网络，物理
（同organic）有机 Av1*中的氧化磷团簇
在Av1*的链A和B的界面(A到C)和链C和D的界面(D到F)的P-簇的结构
A链和C链是A亚基，B链和D链是Av1*的两个ab二聚体的B亚基
【(甲)和(丁)】磷团簇以球状和棒状显示，与磷团簇相互作用的关键残基以棒状显示
链A和C显示为麦带，链B和D显示为浅蓝色带
[(B)和(C)]磷团簇(A/B)和[(E)和(F)]磷团簇(C/D)叠加有[(B)和(E)]在7100电子伏下以2的分辨率计算的异常密度图
18英寸，轮廓为4
0s，显示硫原子的位置(薄荷蓝色网格)；用[(C)和(F)]计算了分辨率为2的7141电子伏的异常密度图
1英寸，轮廓为15
0s，显示铁原子的位置(红色网格)
原子的颜色如下:Fe，橙色；s，黄色；o，红色；n，蓝色
氨基酸残基的单字母缩写如下:C，Cysg，Glyh，他的；r，Arg爵士
学分:理科，doi: 10
1126/科学
aaz6748 固氮酶是一种生物催化剂，在一组复杂的金属辅因子存在下，可以将二氮(N2)还原成氨
然而，反应的机械细节仍然很少
在《科学》杂志的一份新报告中，康和加州大学欧文分校的化学、分子生物学和生物化学研究小组
S
，报了一个1
固氮酶钼铁(MoFe)蛋白的83埃晶体结构，它们是在生理性的二氮转换条件下捕获的
研究结果可以评估N2还原的可能机制和过程中带硫位置的作用
固氮酶是全球氮循环中一个关键步骤的催化剂，在环境中将大气中的二氮(N2)还原为生物可利用的氨(NH3)
钼固氮酶包含两种蛋白质成分:一种在铁硫(Fe4S4)簇中包含铁(Fe)蛋白质，每个亚单位中有一个三磷酸腺苷(ATP)结合位点
另一种是钼铁蛋白，含有一个α2β2异四聚体和两个复杂的金属簇
在钼-固氮酶(Mo-固氮酶)催化过程中，两种蛋白质组分之间的重复结合和解离使得依赖于三磷酸腺苷的电子从Fe4S4簇转移到MoFe蛋白质用于底物还原
固氮酶将许多电子传递给其辅因子的能力使得这种酶在底物还原过程中用途广泛
理解固氮酶的作用机制 自从发现固氮酶以来，人们已经做了很多努力来了解它的机制，其中一些研究集中在酶的底物和抑制剂的相互作用上
在这些努力中，康等人
通过限制无意中推动N2还原过程的过量电子供应，确定了一个值得考虑的策略
这使酶的底物或中间结合状态回复到静止状态，或将酶还原到不可分辨的混合状态
这一过程是相关的，因为固氮酶蛋白通常是在过量连二亚硫酸钠作为外部还原剂的情况下分离出来的，在无氧条件下去除这一人工电子源可以帮助科学家捕获二氮(N2)或其中间体进行分析
Av1*的结构
Av1*异四聚体的实心(左)和透明(右)带状表现，A亚基(链-A和链-C)和B亚基(链-B和链-D)分别用小麦色和蓝色表示
M型和P型集群被图示为空间填充模型
原子色码:Fe，橙色；s，黄色；o，红色；n，蓝色；Mo，青色；c，灰色
链甲和链丙中的团簇分别称为团簇甲和团簇丙
链-A/链-B和链-C/链-D界面上的P-簇分别被称为P-簇(A/B)和P-簇(C/D)
PYMOL被用来准备这个数字
学分:理科，doi: 10
1126/科学
aaz6748 作为概念的证明，康等人
在细胞破碎后添加或不添加连二亚硫酸钠的情况下，制备无芽孢细菌菌株棕色固氮菌的粗提取物
美国
在这两种情况下，vinelandii菌株都积极表达含有组氨酸标记的MoFe蛋白的阿莫固氮酶
当他们分析这些样品的活性时，不含连二亚硫酸钠的粗提物样品在底物还原过程中几乎没有活性——这是由于细胞分裂过程中粗提物中电子的耗尽
康等
因此可以通过添加连二亚硫酸钠和三磷酸腺苷(ⅰ
e
通过提供电子)
固氮酶簇——两种独特的金属簇:磷簇和锰簇
根据概述的条件，当在没有额外的电子供应的情况下对积极进行N2固定的固氮酶表达培养物进行细胞裂解时，固氮酶保持功能
尽管由于电子流撤回到位于固氮酶内的铁-硫金属簇(称为M簇)中而可能被阻止在“休眠”或中间结合状态
当康等人
纯化不含连二亚硫酸盐的粗提物后，组氨酸标记的MoFe蛋白(在本研究中命名为AV1*蛋白)在N2还原过程中具有活性，并且功能齐全
当研究小组结晶AV1*时，他们观察到棕色晶体衍射到1的分辨率
83埃
他们使用异常密度数据证实了AV1*的两个P-团簇的结构重排，并使用电子顺磁共振观察结构分配
这些结果为这种实验状态的生理相关性提供了长期以来一直在寻找的答案，并指出在没有连二亚硫酸钠的情况下，该化合物的两种独特金属簇(磷簇和锰簇)之间的电子流是有限的
莫固氮酶还原N2的一种可能机制
学分:马库斯·里贝和胡依林，科学，doi: 10
1126/科学
aaz6748 似是而非的行动机制 与实验观察一致的一个合理的作用机制包括在固氮酶催化剂上的三个带硫位置上基于M簇的旋转逐步还原二氮(N2)
所提出的机制始于N2在特定位点的紧密结合，随后结合的N2旋转到另一个随后的位点(化合物上被指定为S3A至S2B至S5A的位点)
在此过程中，N2还原/质子化至二氮烯水平通过氢键发生，随后进一步还原/质子化转化为氨，然后从结构中释放出来
随后团簇的旋转将一个新的N2分子带到下一个位置，通过催化过程中一个微妙机制的持续团簇旋转，引发下一轮逐步N2还原
不同反应位点之间的这种循环大致类似于三磷酸腺苷合酶的机制
旋转的金属团簇因此通过分而治之的方法有效地实现了N2的多电子还原
Av1*(TOD)中的M簇
(甲和乙)链甲[甲]和(丙和丁)链丙[丙]中的甲团簇的结构以1
73 Å
(甲)甲基团簇(甲)和(丙)甲基团簇(丙)的侧视图，其中关键残基与指示为棒状的团簇相互作用
M-簇(A)和M-簇(C)与轮廓为13s(薄荷蓝色网格)的带硫的Fo-Fc省略图重叠
沿着(硼)M-团簇(甲)和(丁)M-团簇(丙)的Fe1-C-Mo方向的视图，叠加有在7100电子伏下以2
17英寸，轮廓为4
0，显示在(B)M-团簇(A)和(D)M-团簇(C)的所有带硫位置(S2B、S3A和S5A)存在异常硫密度(薄荷蓝色网格)
学分:理科，doi: 10
1126/科学
aaz6748 为了理解在有限的电子通量下AV1*的硫置换构象，研究小组用连二亚硫酸钠(命名为AV1*TOD)形成AV1*翻转，产生衍射分辨率为1的棕色晶体
73 Å
观察结果与化合物上结合的二氮物种的机理一致，并说明了催化过程中构象的生理相关性
一个二氮物种取代三个不同位点的能力与先前对催化依赖硒的研究一致
康等
提出了许多机制来解释这些观察结果，然而他们寻求进一步的实验支持来验证它们
该小组强调，由于化合物中存在不对称的带硫置换，所有带硫位点都有可能参与催化过程
研究结果旨在引发固氮酶活性机械论思维的范式转变，最终理解这种酶的复杂机制
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