金属组学_Wood_Ljungdahl通路中的金属蛋白_金属酶概述.pdf

中国科学 B 辑:化学 2009 年 第 39 卷 第 7 期: 607 ~ 619 SCIENCE IN CHINA PRESS 金属组学：Wood-Ljungdahl 通路中的金属蛋白/ 金属酶 ① ①②* 朱小飞 , 谭相石 复旦大学 ① 化学系; ② 生物医学研究院, 上海 200433 * 通讯作者, E-mail: xstan@ 收稿日期：2008-10-26; 接受日期：2008-11-24 摘要 本文概述了厌氧微生物的 Wood-Ljungdahl 通路及通路中的一组金属蛋白/ 关键词 金属酶, 主要介绍该通路的来源、过程及通路中的四种金属蛋白/金属酶：甲酸脱氢 Wood-Ljungdahl 通路 酶、钴铁硫蛋白、乙酰辅酶A 合成酶和CO 脱氢酶. 甲酸脱氢酶催化CO2 和甲酸的 甲酸脱氢酶 可逆氧化还原, 是 CO2 转化为甲酸进而转化为甲基四氢叶酸的关键金属酶; 钴铁硫 钴铁硫蛋白 蛋白是该通路中的甲基转换器, 接受甲基四氢叶酸的甲基之后再传递给乙酰辅酶 A 乙酰辅酶A 合成酶 合成酶; CO 脱氢酶催化CO2 与CO 之间的可逆氧化还原; 乙酰辅酶A 合成酶通过浓 CO 脱氢酶 缩甲基、CO 和辅酶A 而催化乙酰辅酶A 的合成. 本文重点对这四种金属蛋白/金属 酶的结构、性质、功能及催化机理的研究进展进行了综述. 1 引言 为甲酸; 随后, 甲酸在甲酰四氢叶酸合成酶(Formylte- 乙酰辅酶 A 是物质和能量代谢的重要物质, 在 trahydrofolate synthetase) 、甲酰四氢叶酸环水解酶 体内能源物质代谢中是一个枢纽性的物质. 在需氧 (Formyltetrahydrofolate cyclohydrolase)、亚甲基四氢 生物体内普遍存在的代谢途径三羧酸循环中, 乙酰 叶酸脱氢酶 (Methylenetetrahydrofolate dehy- 辅酶 A 是重要的中间代谢产物之一[1]; 而厌氧微生物 drogenase) 、亚甲基四氢叶酸还原酶 (Methylenete- 则可以通过逆三羧酸循环 (the reverse tricarboxylic trahydrofolate reductase) 这四种酶的逐一催化下转 变得到甲基四氢叶酸 (CH -H F); 甲基四氢叶酸在甲 acid cycle) 、3-羟基丙酸循环 (3-hydroxy-propionate 3 4 cyclic) 或 Wood-Ljungdahl 通路转化环境中的 CO2 基转移酶 (methyltransferas, 以下简称 MeTr) 的催 为细胞内碳源进而合成乙酰辅酶 A[2,3]. 一些厌氧微 化下将其甲基转移给钴铁硫蛋白 (corrinoid iron- 生物如产乙酸菌、产甲烷菌等主要通过 Wood- sulfur protein, 以下简称 CoFeSP), 形成甲基钴铁硫 蛋白 (CH -CoFeSP); CH -CoFeSP 再将其甲基转移 Ljungdahl 通路, 依靠 CO/CO2 和 H2 为碳源和能源, 3 3 合成乙酰辅酶 A , 进行物质和能量代谢. 给乙酰辅酶 A 合成酶(acetyl-CoA synthase, 以下简 Wood-Ljungdahl 通路广泛存在于厌氧细菌和古 称 ACS)形成甲基乙酰