Гидрогеназа

Не следует путать с дегидрогеназами — ферментами, переносящими протоны с восстановителя на окислитель.

Гидрогена́зы (H2азы[1]) — ферменты, катализирующие обратимую реакцию окисления молекулярного водорода (H2). Распространены среди бактерий и архей, а также описаны у некоторых эукариот. Гидрогеназы играют ключевую роль в метаболизме микроорганизмов, окисляющих водород, а также микроогранизмов-бродильщиков, использующих протоны в качестве терминального акцептора электронов[1]. Они также функционируют в клетках бактерий-диазотрофов для утилизации водорода, образующегося в результате азотофиксации[1]. Гидрогеназы относятся к классу оксидоредуктаз (EC 1) и к подклассу ферментов, взаимодействующих с водородом в качестве донора электронов (EC 1.12).

Гидрогеназная реакция

Катализируемые гидрогеназами прямая и обратная реакции могут быть представлены следующими формулами:

(1) H2 + Aox → 2H+ + Ared
(2) 2H+ + Dred → H2 + Dox

Прямая реакция (1) представляет состоит в поглощении молекулярного водорода (англ. hydrogen-uptake) и сопряжена с восстановлением акцепторов электронов (A), например, кислорода, нитрата, сульфата, диоксида углерода или фумарата. При обратной реакции (2) имеет место восстановление водорода совместно с окислением доноров электронов (D), таких как ферредоксин, что служит для выведения избытка восстановительных эквивалентов при брожении. В качестве непосредственных окислителей или восстановителей водорода могут выступать мелкие растворимые белки, такие как ферредоксин, цитохром c3 и цитохром c6[2].

Структурная классификация

Пространственная структура реакционных центров трёх типов гидрогеназ: [NiFe], [FeFe] и [Fe]

Известные гидрогеназы — металлопротеины, в зависимости от структуры реакционного центра подразделяемые на три группы:

  • [NiFe]-гидрогеназы (железо-никелевые гидрогеназы)
  • [FeFe]-гидрогеназы (железо-железные гидрогеназы)
  • [Fe]-гидрогеназы (железные гидрогеназы; в том числе гидрогеназы метаногенных архей, ранее считавшиеся «неметаллическими»)

[NiFe]-гидрогеназы и [FeFe]-гидрогеназы отличаются от [Fe]-гидрогеназ наличием у них железосерных кластеров[3].

С точки зрения локалиации в клетке различают цитозольные (конструктивные) и мембраносвязанные (энергетические) гидрогеназы. Последние в результате поглощения водорода и последующего транспорта электронов формируют на мембране протон-движущую силу (pmf)[1].

Примечания

  1. ↑ 1 2 3 4 Пиневич А. В. Водородная хемолитотрофия // Микробиология. Биология прокариотов. — СПб.: СПбГУ, 2007. — Т. 2. — С. 153—157.
  2. ↑ Vignais P. M., Billoud B., Meyer J. Classification and phylogeny of hydrogenases // FEMS Microbiology Reviews. — 2001. — Т. 25, № 4. — С. 455—501. — doi:10.1111/j.1574-6976.2001.tb00587.x. — PMID 11524134.
  3. ↑ Fontecilla-Camps J. C., Volbeda A., Cavazza C., Nicolet Y. Structure/function relationships of [NiFe]- and [FeFe]-hydrogenases // Chemical Reviews. — 2007. — Vol. 107, № 10. — P. 4273—4303. — doi:10.1021/cr050195z. — PMID 17850165.