The Model [NiFe]-Hydrogenases of Escherichia coli

Sargent, Frank

doi:10.1016/bs.ampbs.2016.02.008

Cited by 104 publications

(109 citation statements)

References 278 publications

Supporting

Mentioning

104

Contrasting

Unclassified

Order By: Relevance

“…Ряд экспериментальных данных [8,14,6,13,16,17] позволяет сделать предположение, что в формировании протонного градиента в условиях анаэробного дыхания на нитрите может участвовать Fdh-H форматдегидрогеназа, активные сайты которой расположены в цитоплазме. Предпосылкой служат данные [6], что в условиях хемостата Fdh-H дегидрогеназа является единственной форматдегидрогеназой, экспрессия которой зависит от концентрации нитрита в среде, и профиль этой экспрессии удивительно напоминает таковой для nrf оперона, кодирующего структуру NrfА нитритредуктазы [7].…”

Section: реконструкция молекулярно-генетического механизма формированunclassified

“…В результате сопряженной активности ферментов FHL-1 комплекса из формата в цитоплазме синтезируется молекулярный водород, который в отсутствие электронных акцепторов выводится из клетки и накапливается в среде. В респираторных условиях, в присутствии электронных акцепторов, этот водород может быть использован в качестве субстрата респираторными мембран-связанными гидрогеназами, которых у E. coli как минимум две, гидрогеназа Hyd-1 и Hyd-2 [21,17]. Это предположение не вступает в противоречие с каталитическими свойствами ферментов.…”

Section: реконструкция молекулярно-генетического механизма формированunclassified

“…Что касается FHL-2 комплекса, то его физиологическая роль до сих пор неясна [17]. Особенности структурной организации Hyd-4 гидрогеназы, входящей в состав FHL-2 комплекса, позволяют предположить наличие у нее прямой протон-транслоцирующей активности [14,27,29].…”

Section: реконструкция молекулярно-генетического механизма формированunclassified

“…Ряд экспериментальных данных [6,8,13,14,16,17] позволил нам предположить, что в условиях, близких к экспериментам Ванга и коллег [15] по культивированию культуры бактерий в хемостате на нитрите, в формировании протонного градиента может участвовать Fdh-H форматдегидрогеназа, активные сайты которой расположены в цитоплазме. В связи с предполагаемой ролью Fdh-H фермента в формировании дыхательной цепи, были рассмотрены два альтернативных сценария возможных механизмов передачи электронов от формата к нитриту с участием этого фермента и промежуточных посредников.…”

Section: роль мембранного потенциала в регуляции активности периплазмunclassified

See 3 more Smart Citations

Membrane Potential as a Regulation Mechanism of Periplasmic Nitrite Reductase Activity: A Mathematical Model

Ree¹,

Лихошвай²,

Khlebodarova³

2018

Math.Biol.Bioinf.

View full text Add to dashboard Cite

Аннотация. В условиях анаэробного дыхания на нитрите (NO 2 ) главной составляющей дыхательной цепи в клетках Escherichia coli является периплазматическая нитритредуктаза NrfA, которая обеспечивает формирование цепи передачи электронов на мембране клетки, необходимой для синтеза АТФ, и утилизацию нитрита при концентрациях субстрата не более 2 мM. Ранее авторами была выдвинута гипотеза, что активность NrfA редуктазы при низких концентрациях NO 2 в среде определяется не только механизмами регуляции экспрессии генов, кодирующих ее структуру, но и действием мембранного потенциала на процессы формирования активной формы фермента в периплазме. Для обоснования этой гипотезы была разработана модель утилизации NO 2 клетками E. coli в хемостате, сопряженная с процессами формирования электрического потенциала на мембране клетки. В отсутствие экспериментальных данных о структуре цепи передачи электронов в условиях дыхания на нитрите, были рассмотрены два гипотетических сценария формирования мембранного потенциала при культивировании клеток в хемостате с участием форматгидрогенлиазных комплексов FHL-1 и FHL-2, компонентами которых являются форматдегидрогеназа Fdh-H и гидрогеназы Hyd-3 и Hyd-4, и разработаны соответствующие модели. Показано, что включение в модель утилизации нитрита клетками E. coli конкретных молекулярно-генетических и метаболических процессов, ведущих к формированию мембранного потенциала, позволяет корректно описать экспериментальные данные по кинетике его утилизации в хемостате. Показано также, что результат моделирования не зависит от сценария формирования мембранного потенциала. В целом, полученные данные подтверждают важную роль мембранного потенциала в регуляции активности периплазматической Nrf редуктазы при микромолярных концентрациях нитрита в среде. Не исключено, что этот механизм может быть важен и для других белков, активность которых зависит от их локализации в периплазме.Ключевые слова: анаэробное дыхание, нитрит, мембранный потенциал, периплазматическая NrfA нитритредуктаза, моделирование.

show abstract

Section: реконструкция молекулярно-генетического механизма формированunclassified

Section: роль мембранного потенциала в регуляции активности периплазмunclassified

See 2 more Smart Citations

Membrane Potential as a Regulation Mechanism of Periplasmic Nitrite Reductase Activity: A Mathematical Model

Ree¹,

Лихошвай²,

Khlebodarova³

2018

Math.Biol.Bioinf.

View full text Add to dashboard Cite

show abstract

“…Although much is understood for several bacteria concerning transcriptional control of the genes and operons encoding Hyd and, to a certain extent, enzyme assembly Pinske and Sawers, 2016], there is still much we do not understand about how such processes are controlled and coordinated. In particular, post-translational synthesis, assembly, and insertion of metal cofactors determines when a particular Hyd is active [Lacasse and Zamble, 2016;Pinske and Sawers, 2016;Sargent, 2016], and although in-roads have been made in this research direction, this area is still poorly understood.…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

The Extended C-Terminal α-Helix of the HypC Chaperone Restricts Recognition of Large Subunit Precursors by the Hyp-Scaffold Machinery during [NiFe]-Hydrogenase Maturation in Escherichia coli

Thomas¹,

Waclawek²,

Nutschan³

et al. 2018

Microb Physiol

View full text Add to dashboard Cite

Members of the HypC protein family are chaperone-like proteins that play a central role in the maturation of [NiFe]-hydrogenases (Hyd). Escherichia coli has a second copy of HypC, called HybG, and, as a component of the HypDEF maturation scaffold, these proteins help synthesize the NiFe-cofactor and guide the scaffold to its designated hydrogenase large subunit precursor. HypC is required to synthesize active Hyd-1 and Hyd-3, while HybG facilitates Hyd-2 and Hyd-1 synthesis. To identify determinants on HypC that allow it to discriminate against Hyd-2, we made amino acid exchanges in 3 variable regions, termed VR1, VR2, and VR3, of HypC, that make it more similar to HybG. Region VR3 includes a HypC-specific C-terminal α-helical extension, and this proved particularly important in preventing the maturation of Hyd-2 by HypC. Truncation of this extension on HypC increased Hyd-2 activity in the absence of HybG, while retaining maturation of Hyd-3 and Hyd-1. Combining this truncation with amino acid exchanges in VR1 and VR2 of HypC negatively affected the synthesis of active Hyd-1. The C-terminus of E. coli HypC is thus a key determinant in hindering Hyd-2 maturation, while VR1 and VR2 appear more important for Hyd-1 maturation.

show abstract

NiFe ‐Hydrogenase Assembly

Sawers

Pinske

2017

Encyclopedia of Inorganic and Bioinorganic Chemistry

View full text Add to dashboard Cite

[NiFe]‐hydrogenases are ancient enzymes that catalyze the reversible oxidation of dihydrogen. All [NiFe]‐hydrogenases are composed of minimally a catalytic large subunit with a [NiFe]‐cofactor in the active site and an electron‐transferring small subunit, which has an array of iron–sulfur clusters that channel electrons to and from the large subunit. Depending on the organism in which they are found, [NiFe]‐hydrogenases can be membrane‐associated or soluble enzymes. The NiFe(CN) 2 CO‐cofactor is coordinated via four cysteinyl thiolates to the protein backbone. All organisms synthesizing these enzymes possess a conserved set of six hydrogenase pleiotropy (Hyp) proteins that are responsible for synthesis and insertion of the cofactor. Microorganisms that grow in oxygen have additional proteins that serve to protect O 2 ‐labile intermediates of the cofactor during synthesis. HypD has a 4Fe–4S cluster and is the only redox‐active protein on the maturation pathway. It readily interacts with HypC and together, they form the basis of the scaffold upon which the Fe(CN) 2 CO moiety of the cofactor is assembled. The diatomic ligands CO and CN‐ are derived from distinct metabolic intermediates. Both cyanyl moieties are derived from carbamoylphosphate through the combined actions of the carbamoyltransferase HypF and the HypE dehydratase, which form a heterotetrameric complex that can interact with the HypCD complex. HypE generates a (iso)thiocyanate on its C‐terminal cysteinyl residue, and this is transferred by an as yet unknown mechanism to an Fe(I)‐CO group coordinated by the HypCD complex. Current evidence supports the hypothesis that HypC receives an iron ion bound with CO 2 derived from a cellular decarboxylase. Upon interaction with HypD, the CO 2 is proposed to be reduced to CO while directly attached to the Fe. HypD has a thiol/disulfide fold that allows delivery of two electrons and two protons for CO 2 reduction. Neither the source of the electrons on HypD nor the metabolic origins of the Fe and CO 2 on HypC are currently known. After both cyanyl groups are attached to Fe(I)‐CO, HypC of the Hyp complex undergoes a specific interaction with the apo form of the large subunit. In a presumptive thiol‐transferase reaction, the Fe(CN) 2 CO moiety is inserted into the active site cavity, which is somehow held in an open conformation through a key interaction of the C‐terminal peptide on the large subunit with another part of the protein. Insertion of the nickel ion by the HypAB complex, assisted by the peptidyl‐prolyl cis/trans isomerase SlyD, provides the recognition template for a nickel‐dependent and hydrogenase‐specific endoprotease that cleaves the C‐terminal peptide from the large subunit, causing a conformation switch that closes the active site. After the conformational change, the large subunit can interact with the mature small subunit carrying its full complement of iron–sulfur clusters. The heterodimer is then delivered to its final cellular destination, which can be the cytoplasm, as in the case of soluble hydrogenases, or the cytoplasmic membrane in the case of H 2 ‐oxidizing or H 2 ‐producing enzymes.

show abstract

The Model [NiFe]-Hydrogenases of Escherichia coli

Cited by 104 publications

References 278 publications

Membrane Potential as a Regulation Mechanism of Periplasmic Nitrite Reductase Activity: A Mathematical Model

Membrane Potential as a Regulation Mechanism of Periplasmic Nitrite Reductase Activity: A Mathematical Model

The Extended C-Terminal α-Helix of the HypC Chaperone Restricts Recognition of Large Subunit Precursors by the Hyp-Scaffold Machinery during [NiFe]-Hydrogenase Maturation in Escherichia coli

NiFe ‐Hydrogenase Assembly

Contact Info

Product

Resources

About