대기 중 수소로부터 박테리아 에너지 추출을 위한 구조적 기초
Abstract
다양한 호기성 박테리아는 성장과 생존을 위한 에너지원으로 대기 중 H2를 사용합니다. 이 세계적으로 중요한 과정은 대기의 구성을 조절하고 토양 생물 다양성을 향상시키며 극한 환경에서 1차 생산을 촉진합니다. 대기 중 H2 산화는 [NiFe] 수소화 효소 수퍼패밀리의 특성화되지 않은 구성원에 기인합니다. 그러나 이러한 효소가 주위의 촉매 독성 O2 수준에서 피코몰 수준의 H2를 산화시키는 특별한 촉매 문제를 어떻게 극복하고 파생된 전자가 호흡 사슬로 어떻게 전달되는지는 아직 해결되지 않은 상태로 남아 있습니다.
이 연구에서는 Mycobacterium smegmatis 수소화 효소 Huc의 저온 전자 현미경 구조를 결정하고 그 메커니즘을 조사했습니다. Huc는 대기 중 H2의 산화를 호흡 전자 운반체인 menaquinone의 수소화와 결합시키는 매우 효율적인 산소 비감수성 효소입니다. Huc는 좁은 소수성 가스 채널을 사용하여 O2를 희생시키면서 대기 H2에 선택적으로 결합하고, 3개의 [3Fe-4S] 클러스터는 대기 H2 산화가 에너지적으로 가능하도록 효소의 특성을 조절합니다. Huc 촉매 서브유닛은 막과 연결된 줄기 주위에 팔량체 833kDa 복합체를 형성하여 막에서 menaquinone 94Å을 수송하고 감소시킵니다.
이러한 발견은 대기 중 H2 산화의 생지화학적 및 생태학적으로 중요한 과정에 대한 기계론적 기초를 제공하고, 장거리 퀴논 수송에 의존하는 에너지 결합 모드를 밝히고, 대기 중 H2를 산화시키는 촉매 개발을 위한 길을 열어줍니다.