Nickel-iron-selenium hydrogenases - An overview

European Journal of Inorganic Chemistry

Volumn , Issue 7, 2011, Pages 948-962

  Baltazar, Carla S A ^a   Marques, Marta C ^a   Soares, Cláudio M ^a   DeLacey, Antonio M ^b   Pereira, Inês A C ^a   Matias, Pedro M ^a  

^a INSTITUTO DE TECNOLOGIA QUÍMICA E BIOLÓGICA   (Portugal)

^b INSTITUTO DE CATÁLISIS Y PETROLEOQUÍMICA   (Spain)

Author keywords

Biological activity; Hydrogen; Molecular modeling; Structural biology; Structure activity relationships

Indexed keywords

CATALYST ACTIVITY; ENZYMES; HYDROGEN PRODUCTION; IRON; NICKEL; NICKEL COMPOUNDS; SELENIUM; SULFUR COMPOUNDS;

ACTIVE SITE; HYDROGENASES; LIGAND COORDINATES; NI ATOMS; NICKEL IRONS; SELENOCYSTEINE; SELENOPROTEINS; STRUCTURAL BIOLOGY; STRUCTURE-ACTIVITY RELATIONSHIPS; [NIFE]-HYDROGENASE;

BIOACTIVITY;

EID: 79951883377     PISSN: 14341948     EISSN: 10990682     Source Type: Journal    
DOI: 10.1002/ejic.201001127     Document Type: Review

References (126)

1. P. M. Vignais, B. Billoud, Chem. Rev. 2007, 107, 4206-4272.
2. a) J. C. Fontecilla-Camps, A. Volbeda, C. Cavazza, Y. Nicolet, Chem. Rev. 2007, 107, 4273-4303;
3. b) R. K. Thauer, A. K. Kaster, M. Goenrich, M. Schick, T. Hiromoto, S. Shima, Annu. Rev. Biochem. 2010, 79, 507-536;
4. c) P. M. Vignais, B. Billoud, J. Meyer, FEMS Microbiol. Rev. 2001, 25, 455-501.
5. S. Shima, O. Pilak, S. Vogt, M. Schick, M. S. Stagni, W. Meyer-Klaucke, E. Warkentin, R. K. Thauer, U. Ermler, Science 2008, 321, 572-575.
6. a) O. Lenz, M. Ludwig, T. Schubert, I. Burstel, S. Ganskow, T. Goris, A. Schwarze, B. Friedrich, ChemPhysChem 2010, 11, 1107-1119;
7. b) K. A. Vincent, A. Parkin, F. A. Armstrong, Chem. Rev. 2007, 107, 4366-4413.
8. L. F. Wu, M. A. Mandrand, FEMS Microbiol. Rev. 1993, 10, 243-269.
9. a) P. M. Matias, I. A. Pereira, C. M. Soares, M. A. Carrondo, Prog. Biophys. Mol. Biol. 2005, 89, 292-329;
10. b) I. A. C. Pereira in Microbial Sulfur Metabolism (Eds.: C. Friedrich, C. Dahl), Springer-Verlag, 2008, pp. 24-35;
11. c) S. S. Venceslau, R. R. Lino, I. A. Pereira, J. Biol. Chem. 2010, 285, 22774-22783.
12. P. Tamagnini, R. Axelsson, P. Lindberg, F. Oxelfelt, R. Wunschiers, P. Lindblad, Microbiol. Mol. Biol. Rev. 2002, 66, 1-20.
13. B. Friedrich, T. Buhrke, T. Burgdorf, O. Lenz, Biochem. Soc. Trans. 2005, 33, 97-101.
14. L. Forzi, J. Koch, A. M. Guss, C. G. Radosevich, W. W. Metcalf, R. Hedderich, FEBS J. 2005, 272, 4741-4753.
15. a) T. Friedrich, D. Scheide, FEBS Lett. 2000, 479, 1-5;
16. b) R. Hedderich, J. Bioenerg. Biomembr. 2004, 36, 65-75.
17. a) A. Bock, Biofactors 2000, 11, 77-78;
18. b) A. Bock, K. Forchhammer, J. Heider, W. Leinfelder, G. Sawers, B. Veprek, F. Zinoni, Mol. Microbiol. 1991, 5, 515-520.
19. a) D. L. Hatfield, V. N. Gladyshev, Mol. Cell Biol. 2002, 22, 3565-3576;
20. b) S. Yoshizawa, A. Bock, Biochim. Biophys. Acta 2009, 1790, 1404-1414.
21. M. J. Axley, A. Bock, T. C. Stadtman, Prog. Natl. Acad. Sci. USA 1991, 88, 8450-8454.
22. a) E. S. Arner, Exp. Cell Res. 2010, 316, 1296-1303;
23. b) L. A. Wessjohann, A. Schneider, M. Abbas, W. Brandt, Biol. Chem. 2007, 388, 997-1006.
24. a) Y. Zhang, V. N. Gladyshev, J. Biol. Chem. 2010, 285, 3393-3405;
25. b) Y. Zhang, H. Romero, G. Salinas, V. N. Gladyshev, Genome Biol. 2006, 7, R94.
26. T. Stock, M. Rother, Biochim. Biophys. Acta - Gen. Subjects 2009, 1790, 1520-1532.
27. a) S. Castellano, Biochim. Biophys. Acta 2009, 1790, 1463-1470;
28. b) S. Castellano, A. M. Andres, E. Bosch, M. Bayes, R. Guigo, A. G. Clark, Mol. Biol. Evol. 2009, 26, 2031-2040.
29. H. Romero, Y. Zhang, V. N. Gladyshev, G. Salinas, Genome Biol. 2005, 6, R66.
30. M. Teixeira, I. Moura, G. Fauque, M. Czechowski, Y. Berlier, P. A. Lespinat, J. Legall, A. V. Xavier, J. J. G. Moura, Biochimie 1986, 68, 75-84.
31. a) A. S. Pereira, R. Franco, M. J. Feio, C. Pinto, J. Lampreia, M. A. Reis, J. Calvete, I. Moura, I. Beech, A. R. Lino, J. J. Moura, Biochem. Biophys. Res. Commun. 1996, 221, 414-421;
32. b) M. Teixeira, G. Fauque, I. Moura, P. A. Lespinat, Y. Berlier, B. Prickril, H. D. Peck, A. V. Xavier, J. Legall, J. J. G. Moura, Eur. J. Biochem. 1987, 167, 47-58.
33. F. M. A. Valente, A. S. F. Oliveira, N. Gnadt, I. Pacheco, A. V. Coelho, A. V. Xavier, M. Teixeira, C. M. Soares, I. A. C. Pereira, J. Biol. Inorg. Chem. 2005, 10, 667-682.
34. S. Yamazaki, J. Biol. Chem. 1982, 257, 7926-7929.
35. a) E. Muth, E. Morschel, A. Klein, Eur. J. Biochem. 1987, 169, 571-577;
36. b) O. Sorgenfrei, E. C. Duin, A. Klein, S. P. Albracht, Eur. J. Biochem. 1997, 247, 681-687;
37. c) O. Sorgenfrei, D. Linder, M. Karas, A. Klein, Eur. J. Biochem. 1993, 213, 1355-1358.
38. Y. Zhang, V. N. Gladyshev, Bioinformatics 2010, 26, 700-702.
39. a) E. Garcin, X. Vernede, E. C. Hatchikian, A. Volbeda, M. Frey, J. C. Fontecilla-Camps, Structure 1999, 7, 557-566;
40. b) M. C. Marques, R. Coelho, A. L. De Lacey, I. A. Pereira, P. M. Matias, J. Mol. Biol. 2010, 396, 893-907.
41. F. M. A. Valente, P. M. Pereira, S. S. Venceslau, M. Regalla, A. V. Coelho, I. A. C. Pereira, FEBS Lett. 2007, 581, 3341-3344.
42. A. Stojanowic, G. J. Mander, E. C. Duin, R. Hedderich, Arch. Microbiol. 2003, 180, 194-203.
43. O. Sorgenfrei, S. Muller, M. Pfeiffer, I. Sniezko, A. Klein, Arch. Microbiol. 1997, 167, 189-195.
44. S. Halboth, A. Klein, Mol. Gen. Genet. 1992, 233, 217-224.
45. M. Pfeiffer, R. Bingemann, A. Klein, Eur. J. Biochem. 1998, 256, 447-452.
46. a) C. Gutierrez-Sanchez, O. Rudiger, V. M. Fernandez, A. L. De Lacey, M. Marques, I. A. Pereira, J. Biol. Inorg. Chem. 2010, 15, 1285-1292;
47. b) A. Parkin, G. Goldet, C. Cavazza, J. C. Fontecilla-Camps, F. A. Armstrong, J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 13410-13416;
48. c) O. Rudiger, C. Gutierrez-Sanchez, D. Olea, I. A. C. Pereira, M. Velez, V. M. Fernandez, A. L. De Lacey, Electroanalysis 2010, 22, 776-783.
49. a) G. Fauque, Y. M. Berlier, M. Czechowski, B. Dimon, P. A. Lespinat, J. Le Gall, J. Indust. Microbiol. 1987, 2, 15-23;
50. b) P. M. Vignais, L. Cournac, E. C. Hatchikian, S. Elsen, L. Serebryakova, N. Zorin, B. Dimon, Int. J. Hydrogen Energy 2002, 27, 1441-1448.
51. M. Stein, W. Lubitz, Phys. Chem. Chem. Phys. 2001, 3, 5115-5120.
52. a) E. Setzke, R. Hedderich, S. Heiden, R. K. Thauer, Eur. J. Biochem. 1994, 220, 139-148;
53. b) G. J. Woo, A. Wasserfallen, R. S. Wolfe, J. Bacteriol. 1993, 175, 5970-5977.
54. J. A. Fox, D. J. Livingston, W. H. Ormejohnson, C. T. Walsh, Biochemistry 1987, 26, 4219-4227.
55. D. J. Livingston, J. A. Fox, W. H. Ormejohnson, C. T. Walsh, Biochemistry 1987, 26, 4228-4237.
56. B. Lupa, E. L. Hendrickson, J. A. Leigh, W. B. Whitman, Appl. Environ. Microbiol. 2008, 74, 6584-6590.
57. C. C. Page, C. C. Moser, P. L. Dutton, Curr. Opin. Chem. Biol. 2003, 7, 551-556.
58. M. Rousset, Y. Montet, B. Guigliarelli, N. Forget, M. Asso, P. Bertrand, J. C. Fontecilla-Camps, E. C. Hatchikian, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 1998, 95, 11625-11630.
59. M. Rother, A. Resch, R. Wilting, A. Bock, Biofactors 2001, 14, 75-83.
60. W. B. Whitman, E. Ankwanda, R. S. Wolfe, J. Bacteriol. 1982, 149, 852-863.
61. Y. Berghofer, K. Agha-Amiri, A. Klein, Mol. Gen. Genet. 1994, 242, 369-373.
62. I. Noll, S. Muller, A. Klein, Genetics 1999, 152, 1335-1341.
63. J. Sun, A. Klein, Mol. Microbiol. 2004, 52, 563-571.
64. M. Rother, I. Mathes, F. Lottspeich, A. Bock, J. Bacteriol. 2003, 185, 107-114.
65. F. A. A. Valente, C. C. Almeida, I. Pacheco, J. Carita, L. M. Saraiva, I. A. C. Pereira, J. Bacteriol. 2006, 188, 3228-3235.
66. S. A. Caffrey, H. S. Park, J. K. Voordouw, Z. He, J. Zhou, G. Voordouw, J. Bacteriol. 2007, 189, 6159-6167.
67. a) R. Bingemann, A. Klein, Eur. J. Biochem. 2000, 267, 6612-6618;
68. b) R. Rieder, R. Cammack, D. O. Hall, Eur. J. Biochem. 1984, 145, 637-643.
69. M. Teixeira, I. Moura, G. Fauque, D. V. Dervartanian, J. Legall, H. D. Peck, J. J. G. Moura, B. H. Huynh, Eur. J. Biochem. 1990, 189, 381-386.
70. C. P. Wang, R. Franco, J. J. Moura, I. Moura, E. P. Day, J. Biol. Chem. 1992, 267, 7378-7380.
71. W. Lubitz, E. Reijerse, M. van Gastel, Chem. Rev. 2007, 107, 4331-4365.
72. S. H. He, M. Teixeira, J. LeGall, D. S. Patil, I. Moura, J. J. Moura, D. V. DerVartanian, B. H. Huynh, H. D. Peck Jr., J. Biol. Chem. 1989, 264, 2678-2682.
73. a) O. Sorgenfrei, E. C. Duin, A. Klein, S. P. Albracht, J. Biol. Chem. 1996, 271, 23799-23806;
74. b) O. Sorgenfrei, A. Klein, S. P. J. Albracht, FEBS Lett. 1993, 332, 291-297.
75. A. Muller, I. Tscherny, R. Kappl, C. Hatchikian, J. Huttermann, R. Cammack, J. Biol. Inorg. Chem. 2002, 7, 177-194.
76. M. Medina, E. C. Hatchikian, R. Cammack, Biochim. Biophys. Acta - Bioenergetics 1996, 1275, 227-236.
77. A. L. De Lacey, V. M. Fernandez, M. Rousset, R. Cammack, Chem. Rev. 2007, 107, 4304-4330.
78. H. Wang, C. Y. Ralston, D. S. Patil, R. M. Jones, W. Gu, M. Verhagen, M. Adams, P. Ge, C. Riordan, C. A. Marganian, P. Mascharak, J. Kovacs, C. G. Miller, T. J. Collins, S. Brooker, P. D. Croucher, K. Wang, E. I. Stiefel, S. P. Cramer, J. Am. Chem. Soc. 2000, 122, 10544-10552.
79. A. L. De Lacey, C. Gutierrez-Sanchez, V. M. Fernandez, I. Pacheco, I. A. C. Pereira, J. Biol. Inorg. Chem. 2008, 13, 1315-1320.
80. S. H. Bell, D. P. Dickson, R. Rieder, R. Cammack, D. S. Patil, D. O. Hall, K. K. Rao, Eur. J. Biochem. 1984, 145, 645-651.
81. M. K. Eidsness, R. A. Scott, B. C. Prickril, D. V. DerVartanian, J. Legall, I. Moura, J. J. Moura, H. D. Peck Jr., Proc. Natl. Acad. Sci. USA 1989, 86, 147-151.
82. A. Volbeda, M. H. Charon, C. Piras, E. C. Hatchikian, M. Frey, J. C. Fontecilla-Camps, Nature 1995, 373, 580-587.
83. R. P. Happe, W. Roseboom, A. J. Pierik, S. P. J. Albracht, K. A. Bagley, Nature 1997, 385, 126-126.
84. a) Y. Higuchi, T. Yagi, N. Yasuoka, Structure 1997, 5, 1671-1680;
85. b) A. Volbeda, Y. Montet, X. Vernede, E. C. Hatchikian, J. C. Fontecilla-Camps, Int. J. Hydrogen Energy 2002, 27, 1449-1461.
86. a) H. Ogata, S. Hirota, A. Nakahara, H. Komori, N. Shibata, T. Kato, K. Kano, Y. Higuchi, Structure 2005, 13, 1635-1642;
87. b) A. Volbeda, L. Martin, C. Cavazza, M. Matho, B. W. Faber, W. Roseboom, S. P. Albracht, E. Garcin, M. Rousset, J. C. Fontecilla- Camps, J. Biol. Inorg. Chem. 2005, 10, 239-249.
88. P. M. Matias, C. M. Soares, L. M. Saraiva, R. Coelho, J. Morais, J. Le Gall, M. A. Carrondo, J. Biol. Inorg. Chem. 2001, 6, 63-81.
89. F. A. Armstrong, N. A. Belsey, J. A. Cracknell, G. Goldet, A. Parkin, E. Reisner, K. A. Vincent, A. F. Wait, Chem. Soc. Rev. 2009, 38, 36-51.
90. a) M. A. Martí-Renom, A. C. Stuart, A. Fiser, R. Sánchez, F. Melo, A. Sali, Ann. Rev. Bioph. Biom. 2000, 29, 291-325;
91. b) A. Sali, T. L. Blundell, J. Mol. Biol. 1993, 234, 779-815.
92. a) S. Dementin, B. Burlat, A. L. De Lacey, A. Pardo, G. Adryanczyk- Perrier, B. Guigliarelli, V. M. Fernandez, M. Rousset, J. Biol. Chem. 2004, 279, 10508-10513;
93. b) I. Fdez Galván, A. Volbeda, J. C. Fontecilla-Camps, M. J. Field, Proteins 2008, 73, 195-203;
94. c) V. H. Teixeira, C. M. Soares, A. M. Baptista, Proteins 2008, 70, 1010-1022.
95. a) M. Bernhard, T. Buhrke, B. Bleijlevens, A. L. De Lacey, V. M. Fernandez, S. P. Albracht, B. Friedrich, J. Biol. Chem. 2001, 276, 15592-15597;
96. b) F. Dole, A. Fournel, V. Magro, E. C. Hatchikian, P. Bertrand, B. Guigliarelli, Biochemistry 1997, 36, 7847-7854;
97. c) S. O. N. Lill, P. E. M. Siegbahn, Biochemistry 2009, 48, 1056-1066;
98. d) M. J. Maroney, P. A. Bryngelson, J. Biol. Inorg. Chem. 2001, 6, 453-459;
99. e) H. Ogata, Y. Mizoguchi, N. Mizuno, K. Miki, S.-i. Adachi, N. Yasuoka, T. Yagi, O. Yamauchi, S. Hirota, Y. Higuchi, J. Am. Chem. Soc. 2002, 124, 11628-11635;
100. f) A. Pardo, A. L. Lacey, V. M. Fernández, H.-J. Fan, Y. Fan, M. B. Hall, J. Biol. Inorg. Chem. 2006, 11, 286-306.
101. J. M. Keith, M. B. Hall, Inorg. Chem. 2010, 49, 6378-6380.
102. M. Bruschi, L. De Gioia, G. Zampella, M. Reiher, P. Fantucci, M. Stein, J. Biol. Inorg. Chem. 2004, 9, 873-884.
103. P. Jayapal, M. Sundararajan, I. H. Hillier, N. A. Burton, Phys. Chem. Chem. Phys. 2008, 10, 4249-4257.
104. L. D. Gioia, P. Fantucci, B. Guigliarelli, P. Bertrand, Int. J. Quantum Chem. 1999, 73, 187-195.
105. Y. Montet, P. Amara, A. Volbeda, X. Vernede, E. C. Hatchikian, M. J. Field, M. Frey, J. C. Fontecilla-Camps, Nat. Struct. Biol. 1997, 4, 523-526.
106. V. H. Teixeira, A. M. Baptista, C. M. Soares, Biophys. J. 2006, 91, 2035-2045.
107. a) T. Buhrke, O. Lenz, N. Krauss, B. Friedrich, J. Biol. Chem. 2005, 280, 23791-23796;
108. b) S. Dementin, F. Leroux, L. Cournac, A. L. de Lacey, A. Volbeda, C. Léger, B. Burlat, N. Martinez, S. Champ, L. Martin, O. Sanganas, M. Haumann, V. M. Fernández, B. Guigliarelli, J. C. Fontecilla-Camps, M. Rousset, J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 10156-10164;
109. c) O. Duché, S. Elsen, L. Cournac, A. Colbeau, FEBS J. 2005, 272, 3899-3908;
110. F. Leroux, S. Dementin, B. Burlat, L. Cournac, A. Volbeda, S. Champ, L. Martin, B. Guigliarelli, P. Bertrand, J. Fontecilla- Camps,M. Rousset, C. Léger, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2008, 105, 11188-11193;
111. e) P. P. Liebgott, F. Leroux, B. Burlat, S. Dementin, C. Baffert, T. Lautier, V. Fourmond, P. Ceccaldi, C. Cavazza, I. Meynial-Salles, P. Soucaille, J. C. Fontecilla-Camps, B. Guigliarelli, P. Bertrand, M. Rousset, C. Leger, Nat. Chem. Biol. 2010, 6, 63-70.
112. C. Tard, C. J. Pickett, Chem. Rev. 2009, 109, 2245-2274.
113. a) V. Artero, M. Fontecave, Coord. Chem. Rev. 2005, 249, 1518-1535;
114. b) B. E. Barton, M. T. Olsen, T. B. Rauchfuss, Curr. Opin. Biotechnol. 2010, 21, 292-297;
115. c) J. S. Geelhoed, H. V. Hamelers, A. J. Stams, Curr. Opin. Microbiol. 2010, 13, 307-315;
116. H. S. Lee, W. F. Vermaas, B. E. Rittmann, Trends Biotechnol. 2010, 28, 262-271;
117. e) R. Mertens, A. Liese, Curr. Opin. Biotechnol. 2004, 15, 343-348.
118. K. A. Vincent, A. Parkin, O. Lenz, S. P. Albracht, J. C. Fontecilla- Camps, R. Cammack, B. Friedrich, F. A. Armstrong, J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 18179-18189.
119. M. L. Ghirardi, M. C. Posewitz, P. C. Maness, A. Dubini, J. Yu, M. Seibert, Annu. Rev. Plant Biol. 2007, 58, 71-91.
120. a) T. Burgdorf, O. Lenz, T. Buhrke, E. van der Linden, A. K. Jones, S. P. Albracht, B. Friedrich, J. Mol. Microbiol. Biotechnol. 2005, 10, 181-196;
121. b) J. A. Cracknell, A. F. Wait, O. Lenz, B. Friedrich, F. A. Armstrong, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2009, 106, 20681-20686.
122. G. Fauque, H. D. Peck Jr., J. J. Moura, B. H. Huynh, Y. Berlier, D. V. DerVartanian, M. Teixeira, A. E. Przybyla, P. A. Lespinat, I. Moura, J. LeGall, FEMS Microbiol. Rev. 1988, 4, 299-344.
123. E. Reisner, J. C. Fontecilla-Camps, F. A. Armstrong, Chem. Commun. 2009, 550-552.
124. M. A. Larkin, G. Blackshields, N. P. Brown, R. Chenna, P. A. McGettigan, H. McWilliam, F. Valentin, I. M. Wallace, A. Wilm, R. Lopez, J. D. Thompson, T. J. Gibson, D. G. Higgins, Bioinformatics 2007, 23, 2947-2948.
125. G. Perrière, M. Gouy, Biochimie 1996, 78, 364-369.
126. M. F. Sanner, A. J. Olson, J. C. Spehner, Biopolymers 1996, 38, 305-320.