圖片來源：Chem. Sci.
CfbA是包括SirB和CbiK/CbiX在內(nèi)的所有Ⅱ型螯合酶家族的重要祖先，不僅具有鎳螯合酶的功能，而且在體外還具有鈷螯合酶的功能。因此，CfbA是螯合酶催化金屬SHC型輔因子形成的多樣性和進(jìn)化的關(guān)鍵酶。然而，CfbA與Ni2+和Co2+的反應(yīng)機(jī)理尚不清楚。
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近期，日本埼玉大學(xué)Takashi Fujishiro課題組基于結(jié)構(gòu)揭示了Ⅱ類螯合酶的潛在催化機(jī)制和對進(jìn)化方面的深入理解。該研究解析了Methanocaldococcus jannaschii來源的Ⅱ型螯合酶CfbA晶體結(jié)構(gòu)，與其他Ⅱ型螯合酶晶體結(jié)構(gòu)不同的是，CfbA具有兩個(gè)組氨酸豐富區(qū)域（His-rich region），這個(gè)區(qū)域的電子密度較低，表明這個(gè)區(qū)域在不同的構(gòu)象中更具靈活性。
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同時(shí)，該研究還解析了CfbA與Ni2+結(jié)合的晶體結(jié)構(gòu)。金屬離子結(jié)合位點(diǎn)由三個(gè)氨基酸殘基組成，嚴(yán)格保守的His9和His75，以及較為保守的Glu42。
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此外，還解析了CfbA分別與底物SHC和Ni-SHC結(jié)合的晶體結(jié)構(gòu)。SHC和Ni-SHC與CfbA的活性位點(diǎn)通過極性作用力相結(jié)合。
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接著，為了獲得催化中間體的晶體結(jié)構(gòu)，將SHC與CfbA結(jié)合的晶體和Ni2+浸泡不同的時(shí)間，最終在浸泡6.5h后，成功獲得Ni2+-SHC-His催化中間體晶體。中間體的Ni2+與His9、His75和SHC的乙酸側(cè)鏈配位。
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由于CfbA還具有鈷螯合酶的功能，而CfbA利用Co2+的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)尚不清楚。因此，該研究還解析了CfbA與Co2+結(jié)合的晶體結(jié)構(gòu)。CfbA與Co2+結(jié)合的晶體結(jié)構(gòu)和與Ni2+有很大的不同，Co2+和Ni2+的配位結(jié)構(gòu)不僅因?yàn)榧姿猁}橋聯(lián)配體的存在而不同，而且還因?yàn)榘被崤潴w對金屬的作用而不同。在有和沒有甲酸鹽的Co2+結(jié)合CfbA的兩種情況下，Co2+配位結(jié)構(gòu)僅由His9和His75組成，而沒有距離為4.0或4.6?的Glu42。相反，Ni2+與His9、His75配位，與距離為2.9? 的Glu42有弱配位。Glu42與金屬結(jié)合的不同可能是CfbA的鎳和鈷螯合酶反應(yīng)的一個(gè)關(guān)鍵結(jié)構(gòu)特征，這可能反映了Co2+和Ni2+的配位方式的不同對應(yīng)它們有利的配位數(shù)和幾何結(jié)構(gòu)。
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進(jìn)一步地，該研究嘗試獲得CfbA與Co2+催化的中間體，然而，依照獲得Ni2+中間體的方法，并沒有捕捉到Co2+插入SHC與CfbA的中間體，在CfbA的活性位點(diǎn)上觀察到Co-SHC是Co2+在晶體中的插入反應(yīng)生成的產(chǎn)物。
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最后，檢測了CfbA對Ni2+和Co2+插入SHC反應(yīng)的體外特異活性。結(jié)果顯示，沒有His-rich區(qū)域的Chimeric CfbA與CfbA一樣，Co2+活性是Ni2+的十倍，表明His-rich區(qū)域不是重要的活性結(jié)構(gòu)域。
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綜上，推測了CfbA催化Ni2+插入SHC生成Ni-SHC的機(jī)理。
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參考文獻(xiàn)：The nickel-sirohydrochlorin formation mechanism of the ancestralclass II chelatase CfbA in coenzyme F430 biosynthesis
Chem. Sci.
DOI：10.1039/d0sc05439a
原文作者：Takashi Fujishiro * and Shoko Ogawa
