Conserving energy with sulfate around 100 °c-structure and mechanism of key metal enzymes in hyperthermophilic Archaeoglobus fulgidus

Metallomics

Volumn 5, Issue 4, 2013, Pages 302-317

  Parey, Kristian ^a,d   Fritz, Günter ^b   Ermler, Ulrich ^a   Kroneck, Peter M H ^c  

^a MAX PLANCK INSTITUTE OF BIOPHYSICS   (Germany)

^b UNIVERSITY OF FREIBURG   (Germany)

^c UNIVERSITY OF KONSTANZ   (Germany)

^d UNIVERSITY OF REGENSBURG   (Germany)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

ARCHAEOGLOBUS FULGIDUS; CATALYTIC SITES; ENERGY-CONSERVING; HYPERTHERMOPHILIC; HYPERTHERMOPHILIC ARCHAEON; REDUCTIVE CLEAVAGE; SULFATE REDUCING BACTERIA; SULFITE REDUCTASE;

ENZYMES; MICROORGANISMS; SULFITE PROCESS;

ENERGY CONSERVATION;

ADENOSINE MONOPHOSPHATE DEAMINASE; ADENYLYLSULFATE REDUCTASE; HYDROGEN SULFIDE; HYDROGEN SULFITE REDUCTASE; SULFATE; SULFATE ADENYLYLTRANSFERASE; SULFITE REDUCTASE;

ARCHAEOGLOBUS FULGIDUS; BIOCATALYSIS; CONFORMATIONAL TRANSITION; ELECTRON SPIN RESONANCE; ELECTRON TRANSPORT; ENERGY CONSERVATION; HIGH TEMPERATURE; HYDROGEN BOND; HYDROLYSIS; HYPERTHERMOPHILIC ARCHAEON; MICROENVIRONMENT; NONHUMAN; PRIORITY JOURNAL; REACTION ANALYSIS; REDUCTION; REVIEW; SIGNAL TRANSDUCTION;

ARCHAEOGLOBUS FULGIDUS; ENZYMES; METALS; STRUCTURE-ACTIVITY RELATIONSHIP; SULFATES; THERMODYNAMICS;

ARCHAEA; ARCHAEOGLOBUS FULGIDUS;

EID: 84879590234     PISSN: 17565901     EISSN: 1756591X     Source Type: Journal    
DOI: 10.1039/c2mt20225e     Document Type: Review

References (152)

1. H. Beinert Eur. J. Biochem. 2000 267 5657 5664
2. M. G. Klotz D. A. Bryant T. E. Hanson Front. Microbiol. 2011 2 10.3389/fmicb.2011.00241
3. K. O. Stetter G. Lauerer M. Thomm A. Neuner Science 1987 236 822 824
4. G. Wächtershäuser Syst. Appl. Microbiol. 1988 10 207 210
5. M. Wagner A. J. Roger J. L. Flax G. A. Brusseau D. A. Stahl J. Bacteriol. 1998 180 2975 2982
6. M. Schidlowski, J. M. Hayes and I. R. Kaplan, Earth' Earliest Biosphere, Its Origin and Evolution, ed., J. W. Schopf, Princeton University Press, Princeton, NJ, 1983, pp. 149-186
7. D. Wacey M. R. Kilburn M. Saunders J. Cliff M. D. Brasier Nat. Geosci. 2011 4 698 702
8. A. S. Bradley W. D. Leavitt D. T. Johnston Geobiology 2011 9 446 457
9. E. M. Cameron Nature 1982 296 145 148
10. M. W. W. Adams Annu. Rev. Microbiol. 1993 47 627 658
11. P. M. Matias I. A. Pereira C. M. Soares M. A. Carrondo Prog. Biophys. Mol. Biol. 2005 89 292 329
12. R. Rabus, T. A. Hansen and F. Widdel, in Dissimilatory sulfate- and sulfur-reducing prokaryotes, ed., M. Dworkin, S. Falkow, E. Rosenberg, K.-H. Schleifer, and, E. Stackebrandt, Springer, Berlin, 2006, The Prokaryotes, vol. 2, pp. 659-768
13. N.-U. Frigaard C. Dahl Adv. Microb. Physiol. 2009 54 103 200
14. I. A. Cardoso Pereira A. R. Ramos F. Grein M. Coimbra Marques S. Marques da Silva S. Santos Venceslau Front. Microbiol. 2011 10.3389/fmicb.2011.00069
15. G. D. Fauque L. L. Barton Adv. Microb. Physiol. 2012 60 1 90
16. J. R. Postgate, The sulphate reducing bacteria, Cambridge University Press, Cambridge, 2nd edn, 1984
17. R. Deuereux M. Delaney F. Widdel H. D. Stahl J. Bacteriol. 1989 171 6689 6695
18. L. Achenbach-Richter R. Gupta K. O. Stetter C. R. Woese Syst. Appl. Microbiol. 1987 9 34 39
19. L. Achenbach-Richter K. O. Stetter C. R. Woese Nature 1987 327 348 349
20. S. Burggraf H. W. Jannasch B. Nicolaus K. O. Stetter Syst. Appl. Microbiol. 1990 13 24 28
21. R. H. White J. Bacteriol. 1988 170 4594 4597
22. D. Möller-Zinkhan G. Börner R. K. Thauer Arch. Microbiol. 1989 152 362 368
23. L. G. Gorris A. C. Voet C. van der Drift Biofactors 1991 3 29 35
24. J. D. Miller D. S. Wakerley J. Gen. Microbiol. 1966 43 101 107
25. M. L. Coleman D. B. Hedrick D. R. Lovley D. C. White K. Pye Nature 1993 361 436 438
26. D. R. Lovley P. K. Widman J. C. Woodward E. J. Phillips Appl. Environ. Microbiol. 1993 59 3572 3576
27. B. M. Tebo A. Y. Obraztsova FEMS Microbiol. Lett. 1999 162 193 198
28. D. R. Lovley E. J. Phillips Appl. Environ. Microbiol. 1994 60 726 728
29. R. K. Thauer Curr. Opin. Microbiol. 2011 14 292 299
30. C. M. Plugge W. Zhang J. C. M. Scholten A. J. M. Stams Front. Microbiol. 2011 2 1 8
31. D. Möller-Zinkhan R. K. Thauer Arch. Microbiol. 1990 153 215 218
32. H. D. Peck, Jr. J. Bacteriol. 1961 82 933 939
33. J. A. Bick T. Leustek Curr. Opin. Plant Biol. 1998 1 240 244
34. D. E. Canfield E. Kristensen B. Thamdrup Adv. Mar. Biol. 2005 48 313 381
35. T. A. Hansen Antonie Van Leeuwenhoek 1994 66 165 185
36. G. Fritz O. Einsle M. Rudolf A. Schiffer P. M. H. Kroneck J. Mol. Microbiol. Biotechnol. 2005 10 223 233
37. J. M. Odom H. D. Peck, Jr. FEMS Microbiol. Lett. 1981 12 47 50
38. H. Cypionka N. Pfennig Arch. Microbiol. 1986 143 396 399
39. R. M. Fitz H. Cypionka Arch. Microbiol. 1990 154 400 406
40. R. M. Fitz H. Cypionka Arch. Microbiol. 1991 155 444 448
41. U. Deppenmeier M. Blaut G. Gottschalk Arch. Microbiol. 1991 155 272 277
42. U. Deppenmeier M. Blaut A. Mahlmann G. Gottschalk Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 1990 87 9449 9453
43. U. Deppenmeier V. Müller G. Gottschalk Arch. Microbiol. 1996 165 149 163
44. S. Peinemann R. Hedderich M. Blaut R. K. Thauer G. Gottschalk FEBS Lett. 1990 263 57 60
45. T. F. Oliveira C. Vonrhein P. M. Matias S. S. Venceslau I. A. C. Pereira M. Archer J. Struct. Biol. 2008 164 236 239
46. T. F. Oliveira C. Vonrhein P. M. Matias S. S. Venceslau I. A. C. Pereira M. Archer J. Biol. Chem. 2008 283 34141 34149
47. J. LeGall and G. Fauque, in Dissimilatory reduction of sulfur compounds, ed., A. J. B. Zehnder, Wiley, New York, Biology of Anaerobic Microorganisms, 1988, pp. 587-639
48. R. K. Thauer K. Jungermann K. Decker Bacteriol. Rev. 1977 41 100 180
49. C. Dahl H.-G. Koch O. Keuken H. G. Trüper FEMS Microbiol. Lett. 1990 67 27 32
50. H. D. Peck Jr. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 1959 45 701 708
51. C. Dahl H. G. Trüper Methods Enzymol. 2001 331 427 441
52. T. S. Leyh J. C. Taylor G. D. Markham J. Biol. Chem. 1988 263 2409 2416
53. S. Karamohamed J. Nilsson K. Nourizad M. Ronaghi B. Pettersson P. Nyrén Protein Expression Purif. 1999 15 381 388
54. B. A. Foster S. M. Thomas J. A. Mahr F. Renosto H. C. Patel I. H. Segel J. Biol. Chem. 1994 269 19777 19786
55. H. M. Logan N. Cathala C. Grignon J.-C. Davidian J. Biol. Chem. 1996 271 12227 12233
56. H. Li A. Deyrup J. R. Mensch, Jr. M. Domowicz A. K. Konstantinidis N. B. Schwartz J. Biol. Chem. 1995 270 29453 29459
57. T. C. Ullrich M. Blaesse R. Huber EMBO J. 2001 20 316 329
58. I. J. MacRae I. H. Segel A. J. Fisher Biochemistry 2001 40 6795 6804
59. J. D. Beynon I. J. MacRae S. L. Huston D. C. Nelson I. H. Segel A. J. Fisher Biochemistry 2001 40 14509 14517
60. Y. Taguchi M. Sugishima K. Fukuyama Biochemistry 2004 43 4111 4118
61. Z. Yu E. B. Lansdon I. H. Segel A. J. Fisher J. Mol. Biol. 2007 365 732 743
62. D. Sperling U. Kappler A. Wynen C. Dahl H. G. Trüper FEMS Microbiol. Lett. 1998 162 257 264
63. M. G. Rossmann D. Moras K. W. Olsen Nature 1974 250 194 199
64. O. Yu. Gavel S. A. Bursakov J. J. Calvete G. N. George J. J. G. Moura I. Moura Biochemistry 1998 37 16225 16232
65. T. C. Ullrich R. Huber J. Mol. Biol. 2001 313 1117 1125
66. N. A. Baker D. Sept S. Joseph M. J. Holst J. A. McCammon Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2001 98 10037 10041
67. P. J. Romero L. de Meis J. Biol. Chem. 1989 264 7869 7873
68. G. Fritz T. Büchert P. M. H. Kroneck J. Biol. Chem. 2002 277 26066 26073
69. M. Suter P. von Ballmoos S. Kopriva R. op den Camp J. Schaller C. Kuhlemeier P. Schürmann C. Brunold J. Biol. Chem. 2000 275 930 936
70. S. Kopriva T. Büchert G. Fritz M. Suter M. Weber R. Benda J. Schaller U. Feller P. Schürmann V. Schünemann A. X. Trautwein P. M. H. Kroneck C. Brunold J. Biol. Chem. 2001 276 42881 42886
71. H. G. Trüper U. Fischer Philos. Trans. R. Soc. London, Ser. B 1982 298 529 542
72. H. D. Peck, Jr T. E. Deacon J. T. Davidson Biochim. Biophys. Acta 1965 96 429 446
73. R. N. Bramlett H. D. Peck J. Biol. Chem. 1975 250 2979 2986
74. J. Lampreia I. Moura M. Teixeira H. D. Peck, Jr. J. Legall B. H. Huynh J. J. G. Moura Eur. J. Biochem. 1990 188 653 664
75. C. Dahl N. Speich H. G. Trüper Methods Enzymol. 1994 243 331 349
76. M. F. Verhagen I. M. Kooter R. B. Wolbert W. R. Hagen Eur. J. Biochem. 1994 221 831 837
77. G. Fritz A. Roth A. Schiffer T. Büchert K. Bourenkov H. D. Bartunik H. Huber K. O. Stetter P. M. H Kroneck U. Ermler Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2002 99 1836 1841
78. Y.-L. Chiang Y.-C. Hsieh J.-Y. Fang E.-H. Liu Y.-C. Huang P. Chuankhayan J. Jeyaraman M.-Y. Liu S. I. Chan C.-J. Chen J. Bacteriol. 2009 191 7597 7608
79. A. Schiffer G. Fritz P. M. H Kroneck U. Ermler Biochemistry 2006 45 2960 2967
80. A. Schiffer, G. Fritz, T. Büchert, K. Herrmanns, J. Steuber, U. Ermler and P. M. H. Kroneck, Dissimilatory Adenosine-5-Phosphosulfate Reductase. Handbook of Metalloproteins, 2010 10.1002/0470028637.met259
81. T. M. Iverson C. Luna-Chavez G. Cecchini D. C. Rees Science 1999 284 1961 1966
82. A. Mattevi G. Tedeschi L. Bacchella A. Coda A. Negri S. Ronchi Structure 1999 7 745 756
83. P. A. Karplus G. E. Schulz J. Mol. Biol. 1987 195 701 729
84. H. Sticht P. Rösch Prog. Biophys. Mol. Biol. 1998 70 95 136
85. J. M. Chan J. Christiansen D. R. Dean L. C. Seefeldt Biochemistry 1999 38 5779 5785
86. L. W. Lim N. Shamala F. S. Mathews D. J. Steenkamp H. Ramlin N. Xuong J. Biol. Chem. 1986 261 15140 15146
87. U. Ermler R. A. Siddiqui R. Cramm B. Friedrich EMBO J. 1995 14 6067 6077
88. J. Deisenhofer H. Michel EMBO J. 1989 8 2149 2170
89. H. Pelletier J. Kraut Science 1992 258 1748 1755
90. G. B. Michaels J. T. Davidson H. D. Peck, Jr. Biochem. Biophys. Res. Commun. 1970 39 321 328
91. J. P. Lee H. D. Peck, Jr. Biochem. Biophys. Res. Commun. 1971 45 583 589
92. H. E. Jones G. W. Skyring Aust. J. Biol. Sci. 1974 27 7 14
93. H. L. Drake J. M. Akagi J. Bacteriol. 1977 132 139 143
94. J. M. Akagi Biochem. Biophys. Res. Commun. 1983 117 530 535
95. R. H. Pires S. S. Venceslau F. Morais M. Teixeira A. V. Xavier I. A. C. Pereira Biochemistry 2006 45 249 262
96. J. Steuber P. M. H. Kroneck Inorg. Chim. Acta 1998 275-276 52 57
97. N. Mizuno G. Voordouw M. Miki A. Sarai Y. Higuchi Structure 2003 11 1133 1140
98. R. R. Karkhoff-Schweizer D. P. Huber G. Voordouw Appl. Environ. Microbiol. 1995 61 290 296
99. D. S. Hittel G. Voordouw Antonie Van Leeuwenhoek 2000 77 13 22
100. L. M. Siegel M. J. Murphy H. L. Kamin J. Biol. Chem. 1973 248 251 264
101. M. J. Murphy L. M. Siegel S. R. Tove H. Kamin Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 1974 71 612 616
102. P. Janick L. M. Siegel Biochemistry 1982 21 3538 3547
103. P. Janick L. M. Siegel Biochemistry 1983 22 504 515
104. P. Janick D. C. Rueger R. J. Krueger M. J. Barber L. M. Siegel Biochemistry 1983 22 396 408
105. B. R. Crane L. M. Siegel E. D. Getzoff Science 1995 270 59 67
106. B. R. Crane E. D. Getzoff Curr. Opin. Struct. Biol. 1996 6 744 756
107. B. R. Crane L. M. Siegel E. D. Getzoff Biochemistry 1997 36 12120 12137
108. A. J. Pierik W. R. Hagen Eur. J. Biochem. 1991 195 505 516
109. S. J. Marritt W. R. Hagen Eur. J. Biochem. 1996 328 724 727
110. J. A. Christner E. Münck T. A. Kent P. A. Janick J. C. Salerno L. M. Siegel J. Am. Chem. Soc. 1984 106 6786 6794
111. H. Beinert R. H. Holm E. Münck Science 1997 277 653 659
112. A. Schiffer K. Parey E. Warkentin K. Diederichs H. Huber K. O. Stetter P. M. H. Kroneck U. Ermler J. Mol. Biol. 2008 379 1063 1074
113. Y. C. Hsieh M. Y. Liu V. C.-C. Wang Y.-L. Chiang E.-H. Liu W.-g. Wu S. I. Chan C.-J. Chen Mol. Microbiol. 2010 78 1101 1116
114. T. F. Oliveira E. Franklin J. P. Afonso A. R. Khan N. J. Oldham I. A. C. Pereira M. Archer Front. Microbiol. 2011 2 10.3389/fmicb.2011.00071
115. A. Dhillon S. Goswami M. Riley A. Teske M. Sogin Astrobiology 2005 5 18 29
116. A. Loy, S. Duller and M. Wagner, in Evolution and ecology of microbes dissimilating sulfur compounds: insights from siroheme sulfite reductases, ed., C. Dahl, and, C. Friedrich, Springer-Verlag, Berlin, Microbial Sulfur Metabolism, 2008, pp. 46-59
117. A. J. Pierik M. G. Duyvis J. M. van Helvoort R. B. Wolbert W. R. Hagen Eur. J. Biochem. 1992 205 111 115
118. J. Steuber A. F. Arendsen W. R. Hagen P. M. H. Kroneck Eur. J. Biochem. 1995 233 873 879
119. J. R. Cort S. V. Santhana Mariappan C.-Y. Kim M. S. Park T. S. Peat G. S. Waldo T. C. Terwilliger M. A. Kennedy Eur. J. Biochem. 2001 268 5842 5850
120. J. R. Cort U. Selan A. Schulte F. Grimm M. A. Kennedy C. Dahl J. Mol. Biol. 2008 382 692 707
121. C. Dahl S. Engels A. S. Pott-Sperling A. Schulte J. Sander Y. J. Lübbe O. Deuster D. C. Brune J. Bacteriol. 2005 187 1392 1404
122. G. J. Mander M. S. Weiss R. Hedderich J. Kahnt U. Ermler E. Warkentin FEBS Lett. 2005 579 4600 4604
123. Y. Ikeuchi N. Shigi J. Kato A. Nishimura T. Suzuki Mol. Cell 2006 21 97 108
124. T. Numata S. Fukai Y. Ikeuchi T. Suzuki O. Nureki Structure 2006 14 357 366
125. S. Cai T. Kh. Shokhireva D. L. Lichtenberger F. A. Walker Inorg. Chem. 2006 45 3519 3531
126. Y. J. Lübbe H.-S. Youn R. Timkovich C. Dahl FEMS Microbiol. Lett. 2006 261 194 202
127. C. K. Chang L. K. Hanson P. F. Richardson R. Young J. Fajer Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 1981 78 2652 2656
128. L. M. Siegel P. S. Davis J. Biol. Chem. 1974 249 1587 1598
129. L. A. Chambers P. A. Trudinger J. Bacteriol. 1975 123 36 40
130. J. M. Akagi, in Respiratory sulfate reduction, ed., L. L. Barton, Plenum Press, New York and London, Biotechnology Handbooks: Sulfate-Reducing Bacteria, 1995, vol. 8, pp. 89-111
131. H. Cypionka, in Solute transport and cell energetics, ed., L. L. Barton, Plenum Press, New York, Biotechnology Handbooks: Sulfate-Reducing Bacteria, 1995, vol. 8, pp. 151-184
132. K. Parey E. Warkentin P. M. H. Kroneck U. Ermler Biochemistry 2010 49 8912 8921
133. K. Parey, A. Schiffer, J. Steuber, G. Fritz, U. Ermler and P. M. H. Kroneck, Dissimilatory Sulfite Reductase. Handbook of Metalloproteins, 2010, 10.1002/0470028637.met260
134. J. H. Kim J. M. Akagi J. Bacteriol. 1985 163 472 475
135. C. J. T. de Grotthuss Ann. Chim. 1806 58 54 73
136. C. C. Page C. C. Moser P. L. Dutton Curr. Opin. Chem. Biol. 2003 7 551 556
137. S. B. Joye Nature 2012 491 538 539
138. J. Milucka T. G. Ferdelman L. Polerecky D. Franzke G. Wegener M. Schmid I. Lieberwirth M. Wagner F. Widdel M. M. M. Kuypers Nature 2012 491 541 546
139. J. Kunow D. Linder K. O. Stetter R. K. Thauer Eur. J. Biochem. 1994 223 503 511
140. G. J. Mander E. C. Duin D. Linder K. O. Stetter R. Hedderich Eur. J. Biochem. 2002 269 1895 1904
141. S. Heiden R. Hedderich E. Setzke R. K. Thauer Eur. J. Biochem. 1994 221 855 861
142. A. Künkel M. Vaupel S. Heim R. K. Thauer R. Hedderich Eur. J. Biochem. 1997 244 226 234
143. M. Simianu E. Murakami J. M. Brewer S. W. Ragsdale Biochemistry 1998 37 10027 10039
144. R. Hedderich N. Hamann M. Bennati Biol. Chem. 2005 386 961 970
145. M. Rossi W. B. Pollock M. W. Reij R. G. Keon R. Fu G. Voordouw J. Bacteriol. 1993 175 4699 4711
146. F. M. A. Valente L. M. Saraiva J. LeGall A. V. Xavier M. Teixeira I. A. C. Pereira ChemBioChem. 2001 2 895 905
147. P. M. Pereira M. Teixeira A. V. Xavier R. O. Louro I. A. C. Pereira Biochemistry 2006 45 10359 10367
148. G. Fauque H. D. Peck Jr J. J. G. Moura B. H. Huynh Y. Berlier D. V. DerVartanian M. Teixeira A. E. Przybyla P. A. Lespinat I. Moura FEMS Microbiol. Rev. 1988 4 299 344
149. B. K. J. Pohorelic J. K. Voordouw E. Lojou A. Dolla J. Harder G. Voordouw J. Bacteriol. 2002 184 679 686
150. H.-P. Klenk R. A. Clayton J.-F. Tomb O. White K. E. Nelson K. A. Ketchum R. J. Dodson M. Gwinn E. K. Hickey J. D. Peterson D. L. Richardson A. R. Kerlavage D. E. Graham N. C. Kyrpides R. D. Fleischmann J. Quackenbush N. H. Lee G. G. Sutton S. Gill E. F. Kirkness B. A. Dougherty K. McKenney M. D. Adams B. Loftus S. Peterson C. I. Reich L. K. McNeil J. H. Badger A. Glodek L. Zhou R. Overbeek J. D. Gocayne J. F. Weidman L. McDonald T. Utterback M. D. Cotton T. Spriggs P. Artiach B. P. Kaine S. M. Sykes P. W. Sadow K. P. D'Andrea C. Bowman C. Fujii S. A. Garland T. M. Mason G. J. Olsen C. M. Fraser H. O. Smith C. R. Woese J. C. Venter Nature 1997 390 364 370
151. R. K. Thauer and J. Kunow, Sulfate reducing Archaea, in Biotechnology Handbook, ed., N. Clark, Plenum Publishing Company Ltd., London, 1995, pp. 33-48
152. A. Sali T. L. Blundell J. Mol. Biol. 1993 234 779 815