Structural basis and reaction mechanism of [FeFe] hydrogenases

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20H03215
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 43040:Biophysics-related
• Research Institution: University of Hyogo (2022); Nara Institute of Science and Technology (2021); Hokkaido University (2020)
• Principal Investigator: Ogata Hideaki 兵庫県立大学, 理学研究科, 教授 (30795935)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 金属酵素 / ヒドロゲナーゼ / 水素 / クライオ電子顕微鏡 / 構造解析 / 赤外分光法

Outline of Final Research Achievements

[FeFe] hydrogenases (an electron-bifurcating and a sensory types) from thermophilic bacteria have successfully been maturated with the chemically synthesized di-iron complexes. We mutated the amino acid residues in vicinity of the active site of the sensory [FeFe] hydrogenase. One of the variants showed significantly less activity compared to the wild type hydrogenase enzyme. It suggested that the electronic structure of the active site [4Fe-4S] sub-cluster could be changed. The cryo-electron microscpic structure of the electron-bifurcating [FeFe] hydrogenase showed the tetramer of the promoters which consists of three subunits.

Free Research Field

生物物理学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

電子伝達分岐型[FeFe]ヒドロゲナーゼのクライオ電子顕微鏡法による構造解析から3つのサブユニットで構成される4量体を構成していることが明らかとなった。複雑な電子伝達経路を持っており、FMNが結合している領域で電子伝達分岐が分岐する可能性が示された。また、センサー型[FeFe]ヒドロゲナーゼでは、第2配位圏の違いにより活性中心の鉄硫黄クラスターの酸化還元電位の変化が顕著に見られた。これらの結果から、金属中心近傍の構造が機能に重要であることが示唆された。本研究で明らかとなった知見は水素発生系ヒドロゲナーゼを模した錯体の設計に重要な指針を与える。