[Journal Club] Un intermédiaire de maturation de l’hydrogénase à Fer observé par cristallographie.
Des chercheurs du groupe Métalloprotéines de l’institut de biologie structurale à Grenoble, de l’université UCDavis et de l’Illinois, aux États Unis, ont déterminé la structure cristalline d’un intermédiaire de maturation de l’hydrogénase à Fer.
Les hydrogénases à [FeFe] sont des métalloenzymes qui utilisent un cofacteur organométallique appelé H-cluster pour catalyser la réaction réversible d’oxydation de l’hydrogène moléculaire. Ce H-cluster est constitué d’un centre [4Fe-4S] lié à un centre binucléaire de fer [2Fe]H via un résidu de cystéine. Ce centre binucléaire [2Fe]H comporte donc deux atomes de fer, chacun lié à une molécule de monoxyde de carbone et un ion cyanure. Les deux métaux sont, par ailleurs, liés entre eux par une molécule d’azadithiométhyl pontante ainsi qu’une molécule de monoxyde de carbone additionnelle. Ce H-cluster est enfoui au cœur de la matrice protéique et différents canaux (centres [FeS], relais de liaisons hydrogènes et canal hydrophobe), permettent de le connecter à la surface pour le transit des électron, protons et molécules d’hydrogène. L’association de ce complexe à la matrice protéique permet donc le fonctionnement d’un catalyseur extrêmement efficace. Cependant, la production et l’insertion de ce H-cluster au sein de l’hydrogénase ne se fait pas spontanément et nécessite l’intervention d’une machinerie multiprotéique dont le rôle reste encore peu compris.
Le centre [4Fe-4S] est produit par la machinerie générique d’assemblage des centres [FeS]. Le centre [2Fe]H, lui nécessite l’intervention de la machinerie Hyd qui est composée d’au moins trois métalloprotéines indispensables, HydE, HyF et HydG. HydF possède une activité GTPase et correspond vraisemblablement à la protéine échafaudage sur laquelle le centre [2Fe]H est construit. Les protéines HydG et HydE appartiennent à la vaste famille des protéines radicalaires SAM dépendantes. HydG utilise la L-tyrosine pour produire les ligands cyanure et monoxyde de carbone via la production d’un composé organométallique intermédiaire L-cysteine-Fe(CO)2(CN) appelé complexe-B. Ce dernier est alors utilisé comme substrat par HydE. L’atome de fer, les ligands cyanure et monoxyde de carbone ainsi que l’atome de soufre de la L-cystéine constituent le centre [2Fe]H.
Lors de cette étude regroupant des chercheurs du groupe Métalloprotéines de l’institut de biologie structurale à Grenoble, de l’université UCDavis et de l’Illinois, aux États Unis, la structure cristalline de la protéine HydE liant le complexe-B a été résolue, révélant une coordination unique (k3-cysteinate)Fe(CN)(CO)2. Les études de cinétique dans les cristaux ont permis de mettre en évidence l’apparition d’une espèce de fer pentacoordiné probablement liée au produit de la réaction de HydE. Les changements conformationnels observés dans les différentes structures suggèrent un mouvement directionnel d’accès du substrat au site actif et d’évacuation du produit, permettant de les protéger d’une éventuelle hydrolyse lors d’un contact avec le solvant.
Crystal Structure of the [FeFe]-Hydrogenase Maturase HydE Bound to Complex-B
Roman Rohac, Lydie Martin, Liang Liu, Debashis Basu, Lizhi Tao, R. David Britt*, Thomas B. Rauchfuss*, and Yvain Nicolet*J. Am. Chem. Soc., May 28, 2021
https://doi.org/10.1021/jacs.1c03367