Methyl-Coenzyme M Reductase and its Nickel Corphin Coenzyme F430 in Methanogenic Archaea

Nickel and Its Surprising Impact in Nature

Volumn 2, Issue , 2007, Pages 323-356

  Jaun, Bernhard ^a   Thauer, Rudolf K ^b  

^a ETH ZURICH   (Switzerland)

^b MAX PLANCK INSTITUTE FOR TERRESTRIAL MICROBIOLOGY   (Germany)

Author keywords

Anaerobic oxidation of methane; Corphin, methane formation; F430; Methanogenic archaea; Methanotrophic archaea; Nickel; Tetrapyrroles

Indexed keywords

COENZYMES; HYDRAULIC STRUCTURES; METABOLISM; METHANE; MICROORGANISMS; NICKEL; OXIDATION; PROSTHETICS;

ANAEROBIC OXIDATION OF METHANES; ARCHAEA; F430; METHANE FORMATION; METHANOGENIC ARCHAEA; TETRAPYRROLES;

NICKEL COMPOUNDS;

EID: 84954583467     PISSN: None     EISSN: None     Source Type: Book    
DOI: 10.1002/9780470028131.ch8     Document Type: Chapter

References (146)

1. P. Schönheit, J. Moll, and R. K. Thauer, Arch Microbiol, 123, 105-107 (1979).
2. R. K. Thauer, G. Diekert, and P. Schönheit, Trends Biochem. Sci., 5, 304-306 (1980).
3. D. R. Smith, L. A. Doucette-Stamm, C. Deloughery, H. Lee, J. Dubois, T. Aldredge, R. Bashirzadeh, D. Blakely, R. Cook, K. Gilbert, D. Harrison, L. Hoang, P. Keagle, W. Lumm, B. Pothier, D. Qiu, R. Spadafora, R. Vicaire, Y. Wang, J. Wierzbowski, R. Gibson, N. Jiwani, A. Caruso, D. Bush, and J. N. Reeve, J. Bacteriol., 179, 7135-7155 (1997).
4. R. K. Thauer, Microbiology, 144, 2377-2406 (1998).
5. R. Hedderich, J. Bioenerg. Biomembr., 36, 65-75 (2004).
6. W. F. Fricke, H. Seedorf, A. Henne, M. Krüer, H. Liesegang, R. Hedderich, G. Gottschalk, and R. K. Thauer, J. Bacteriol., 188, 642-658 (2006).
7. L. G. Bonacker, S. Baudner, and R. K. Thauer, Eur. J. Biochem., 206, 87-92 (1992).
8. H. W. Luo, H. Zhang, T. Suzuki, S. Hattori, and Y. Kamagata, Appl. Environ. Microbiol., 68, 1173-1179 (2002).
9. R. M. Morgan, T. D. Pihl, J. Nolling, and J. N. Reeve, J. Bacteriol., 179, 889-898 (1997).
10. J. L. A. Pennings, P. Vermeij, L. M. I. de Poorter, J. T. Keltjens, and G. D. Vogels, Antonie van Leeuwenhoek Int. J. Gen. Mol. Biol., 77, 281-291 (2000).
11. L. G. Bonacker, S. Baudner, E. Mörschel, R. BÖcher, and R. K. Thauer, Eur. J. Biochem., 217, 587-595 (1993).
12. G. Diekert, B. Klee, and R. K. Thauer, Arch. Microbiol., 124, 103-106 (1980).
13. W. B. Whitman and R. S. Wolfe, Biochem. Biophys. Res. Commun., 92, 1196-1201 (1980).
14. W. L. Ellefson, W. B. Whitman, and R. S. Wolfe, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 79, 3707-3710 (1982).
15. A. Volbeda and J. C. Fontecilla-Camps, Dalton Trans., 4030-4038 (2003).
16. C. Afting, A. Hochheimer, and R. K. Thauer, Arch. Microbiol., 169, 206-210 (1998).
17. C. Afting, E. Kremmer, C. Brucker, A. Hochheimer, and R. K. Thauer, Arch. Microbiol., 174, 225-232 (2000).
18. E. G. Graf and R. K. Thauer, FEBS Lett., 136, 165-169 (1981).
19. A. Stojanowic and R. Hedderich, FEMS Microbiol. Lett., 235, 163-167 (2004).
20. A. Tersteegen and R. Hedderich, Eur. J. Biochem., 264, 930-943 (1999).
21. A. Künkel, J. A. Vorholt, R. K. Thauer, and R. Hedderich, Eur. J. Biochem., 252, 467-476 (1998).
22. K. E. Hammel, K. L. Cornwell, G. B. Diekert, and R. K. Thauer, J. Bacteriol., 157, 975-978 (1984).
23. H. Dobbek, V. Svetlitchnyi, J. Liss, and O. Meyer, J. Am. Chem. Soc., 126, 5382-5387 (2004).
24. C. L. Drennan, T. I. Doukov, and S. W. Ragsdale, J. Biol. Inorg. Chem., 9, 511-515 (2004).
25. E. Stupperich, K. E. Hammel, G. Fuchs, and R. K. Thauer, FEBS Lett., 152, 21-23 (1983).
26. B. Eikmanns, G. Fuchs, and R. K. Thauer, Eur. J. Biochem., 146, 149-154 (1985).
27. G. B. Diekert, E.-G. Graf, and R. K. Thauer, Arch. Microbiol., 122, 117-120 (1979).
28. H. L. Drake, S. I. Hu, and H. G. Wood, J. Biol. Chem., 255, 7174-7180 (1980).
29. V. Svetlitchnyi, H. Dobbek, W. Meyer-Klaucke, T. Meins, B. Thiele, P. Romer, R. Huber, and O. Meyer, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 101, 446-451 (2004).
30. J. Seravalli, Y. M. Xiao, W. W. Gu, S. P. Cramer, W. E. Antholine, V. Krymov, G. J. Gerfen, and S. W. Ragsdale, Biochemistry, 43, 3944-3955 (2004).
31. P. A. Lindahl, J. Biol. Inorg. Chem., 9, 516-524 (2004).
32. 12, (R. Banerjee, ed.), John Wiley & Sons, Ltd, Chichester, 1999, pp. 655-679.
33. W. S. Shin and P. A. Lindahl, Biochemistry-Us 31, 12870-12875 (1992).
34. W. Shin and P. A. Lindahl, J. Am. Chem. Soc., 114, 9718-9719 (1992).
35. C. Darnault, A. Volbeda, E. J. Kim, P. Legrand, X. Vernede, P. A. Lindahl, and J. C. Fontecilla-Camps, Nat. Struct. Biol., 10, 271-279 (2003).
36. G. Diekert, B. Weber, and R. K. Thauer, Arch. Microbiol., 127, 273-278 (1980).
37. S. Shima and R. K. Thauer, Curr. Opin. Microbiol., 8, 643-648 (2005).
38. E. Springer, M. S. Sachs, C. R. Woese, and D. R. Boone, Int. J. Syst. Bacteriol., 45, 554-559 (1995).
39. T. Lueders, K. J. Chin, R. Conrad, and M. Friedrich, Environ. Microbiol., 3, 194-204 (2001).
40. P. E. Luton, J. M. Wayne, R. J. Sharp, and P. W. Riley, Microbiol-Sgm., 148, 3521- 3530 (2002).
41. S. J. Hallam, P. R. Girguis, C. M. Preston, P. M. Richardson, and E. F. DeLong, Appl. Environ. Microbiol., 69, 5483-5491 (2003).
42. M. Kriüger, A. Meyerdierks, F. O. Glockner, R. Amann, F. Widdel, M. Kube, R. Reinhardt, J. Kahnt, R. Bocher, R. K. Thauer, and S. Shima, Nature, 426, 878-881 (2003).
43. K. J. Chin, T. Lueders, M. W. Friedrich, M. Klose, and R. Conrad, Microbial. Ecol., 47, 59-67 (2004).
44. A. Pfaltz, B. Jaun, A. Fässler, A. Eschenmoser, R. Jaenchen, H.-H. Gilles, G. Diekert, and R. K. Thauer, Helv. Chim. Acta, 65, 828-865 (1982).
45. C. L. Hamilton, L. Ma, M. W. Renner, and R. A. Scott, Biochim. Biophys. Acta, 1074, 312-319 (1991).
46. B. Jaun, in Properties of Metal Alkyl Derivatives (H. Sigel and A. Sigel, eds), Vol. 29 of Metal Ions in Biological Systems, Marcel Dekker, New York, 1993, pp. 287-337.
47. R. K. Thauer and L. G. Bonacker, in The Biosynthesis of the Tetrapyrrole Pigments. Ciba Foundation Symposium 180 (D. J. Chadwick and K. Ackrill, eds), John Wiley & Sons Ltd, Chichester, 1994, pp. 210-227.
48. F. P. Montforts, B. Gerlach, and F. Hoper, Chem. Rev., 94, 327-347 (1994).
49. G. Diekert, R. Jaenchen, and R. K. Thauer, FEBS Lett., 119, 118-120 (1980).
50. R. Jaenchen, G. Diekert, and R. K. Thauer, FEBS Lett., 130, 133-136 (1981).
51. D. A. Livingston, A. Pfaltz, J. Schreiber, A. Eschenmoser, D. Ankel-Fuchs, J. Moll, R. Jaenchen, and R. K. Thauer, Helv. Chim. Acta, 67, 334-351 (1984).
52. A. Fässler, A. Kobelt, A. Pfaltz, A. Eschenmoser, C. Bladon, A. R. Battersby, and R. K. Thauer, Helv. Chim. Acta, 68, 2287-2298 (1985).
53. G. Färber, W. Keller, C. Kratky, B. Jaun, A. Pfaltz, C. Spinner, A. Kobelt, and A. Eschenmoser, Helv. Chim. Acta, 74, 697-716 (1991).
54. H. S. Won, K. D. Olson, J. S. Park, R. S. Wolfe, D. R. Hare, and M. F. Summers, Bull. Korean Chem. Soc., 16, 649-653 (1995).
55. A. Eschenmoser, Ann. NY Acad. Sci., 471, 108-129 (1986).
56. A. Pfaltz, A. Kobelt, R. Hüster, and R. K. Thauer, Eur. J. Biochem., 170, 459-467 (1987).
57. A. Ghosh, T. Wondimagegn, and H. Ryeng, Curr. Opin. Chem. Biol., 5, 744-750 (2001).
58. A. Pfaltz, D. A. Livingston, B. Jaun, G. Diekert, R. K. Thauer, and A. Eschenmoser, Helv. Chim. Acta, 68, 1338-1358 (1985).
59. H. Won and M. F. Summers, Bull. Korean Chem. Soc., 19, 379-383 (1998).
60. M. Zimmer, J. Biomol. Struct. Dyn., 11, 203-214 (1993).
61. T. Wondimagegn and A. Gosh, J. Am. Chem. Soc., 122, 6375-6381 (2000).
62. L. N. Todd and M. Zimmer, Inorg. Chem., 41, 6831-6837 (2002).
63. C. Spinner, PhD Thesis, Organic Chemistry, ETH ZÜrich, 1-323 (1993).
64. A. Berkessel, M. Bolte, C. Griesinger, G. Huttner, T. Neumann, B. Schiemenz, H. Schwalbe, and T. Schwenkreis, Angew. Chem. Int. Edit., 32, 1777-1780 (1993).
65. K. K. Anderson, J. D. Hobbs, L. A. Luo, K. D. Stanley, J. M. E. Quirke, and J. A. Shelnutt, J. Am. Chem. Soc., 115, 12346-12352 (1993).
66. J. D. Hobbs, S. A. Majumder, L. Luo, G. H. Allensickelsmith, J. M. E. Quirke, and J. A. Shelnutt, Biophys. J., 64, A155-A155 (1993).
67. M. W. Renner, L. R. Furenlid, and A. M. Stolzenberg, J. Am. Chem. Soc., 117, 293-300 (1995).
68. T. Wondimagegn and A. Ghosh, J. Phys. Chem. B, 104, 10858-10862 (2000).
69. Y. J. Song, R. E. Haddad, S. L. Jia, S. Hok, M. M. Olmstead, D. J. Nurco, N. E. Schore, J. Zhang, J. G. Ma, K. M. Smith, S. Gazeau, J. Pecaut, J. C. Marchon, C. J. Medforth, and J. A. Shelnutt, J. Am. Chem. Soc., 127, 1179-1192 (2005).
70. B. Jaun, Chimia. 48, 50-55 (1994).
71. I. Zilbermann, E. Maimon, H. Cohen, and D. Meyerstein, Chem. Rev., 105, 2609-2625 (2005).
72. B. Jaun and A. Pfaltz, J. Chem. Soc., Chem. Commun., 1327-1329 (1986).
73. C. Holliger, A. J. Pierik, E. J. Reijerse, and W. R. Hagen, J. Am. Chem. Soc., 115, 5651-5656 (1993).
74. J. Telser, Y. C. Fann, M. W. Renner, J. Fajer, S. K. Wang, H. Zhang, R. A. Scott, and B. M. Hoffman, J. Am. Chem. Soc., 119, 733-743 (1997).
75. J. Telser, in Bioinorganic Chemistry: Trace Element Evolution from Anaerobes to Aerobes (R. J. P. Williams, ed.), Springer, Heidelberg, 1998, Vol. 91, pp. 31-63.
76. Q. Tang, P. E. Carrington, Y. C. Horng, M. J. Maroney, S. W. Ragsdale, and D. F. Bocian, J. Am. Chem. Soc., 124, 13242-13256 (2002).
77. R. Piskorski and B. Jaun, J. Am. Chem. Soc., 125, 13120-13125 (2003).
78. J. L. Craft, Y. C. Horng, S. W. Ragsdale, and T. C. Brunold, J. Biol. Inorg. Chem., 9, 77-89 (2004).
79. U. E. Krone, F. Laufer, R. K. Thauer, and H. P. C. Hogenkamp, Biochemistry, 28, 10061-10065 (1989).
80. C. Holliger, S. W. Kengen, G. Schraa, A. J. Stams, and A. J. Zehnder, J. Bacteriol., 174, 4435-4443 (1992).
81. C. Holliger, G. Schraa, E. Stupperich, A. J. M. Stams, and A. J. B. Zehnder, J. Bacteriol., 174, 4427-4434 (1992).
82. G. K. Lahiri, L. J. Schussel, and A. M. Stolzenberg, Inorg. Chem., 31, 4991-5000 (1992).
83. G. K. Lahiri and A. M. Stolzenberg, Inorg. Chem., 32, 4409-4413 (1993).
84. C. E. Castro, M. C. Helvenston, and N. O. Belser, Environ. Toxicol. Chem., 13, 429-433 (1994).
85. T. Arai, K. Kashitani, H. Kondo, and S. Sakaki, Bull. Chem. Soc. Japan, 67, 705-709 (1994).
86. A. M. Stolzenberg and Z. Zhang, Inorg. Chem., 36, 593-600 (1997).
87. M. Goenrich, F. Mahlert, E. C. Duin, C. Bauer, B. Jaun, and R. K. Thauer, J. Biol. Inorg. Chem., 9, 691-705 (2004).
88. T. Wondimagegn and A. Ghosh, J. Am. Chem. Soc., 123, 1543-1544 (2001).
89. J. Seth, V. Palaniappan, and D. F. Bocian, Inorg. Chem., 34, 2201-2206 (1995).
90. A. Ghosh and E. Steene, J. Biol. Inorg. Chem., 6, 739-752 (2001).
91. B. Jaun and A. Pfaltz, J. Chem. Soc., Chem. Commun., 293-294 (1988).
92. S.-K. Lin and B. Jaun, Helv. Chim. Acta, 75, 1478-1490 (1992).
93. S.-K. Lin and B. Jaun, Helv. Chim. Acta, 74, 1725-1738 (1991).
94. M. H. Schofi eld and J. Halpern, Inorg. Chim. Acta, 345, 353-358 (2003).
95. B. Jaun, Helv. Chim. Acta, 73, 2209-2217 (1990).
96. A. Berkessel, Bioorg. Chem., 19, 101-115 (1991).
97. M. Tada and Y. Masuzawa, Chem. Commun., 22, 2161-2162 (1997).
98. L. Signor, C. Knuppe, R. Hug, B. Schweizer, A. Pfaltz, and B. Jaun, Chem. Eur. J., 6, 3508-3516 (2000).
99. C. M. Drain, D. B. Sable, and B. B. Corden, Inorg. Chem., 29, 1428-1433 (1990).
100. Z. Zhang, J. L. Petersen, and A. M. Stolzenberg, Inorg. Chem., 35, 4649-4655 (1996).
101. I. Zilbermann, G. Golub, H. Cohen, and D. Meyerstein, Inorg. Chim. Acta, 227, 1-3 (1994).
102. C. Bauer and B. Jaun, Helv. Chim. Acta, 86, 4233-4253 (2003).
103. C. Bauer and B. Jaun, Helv. Chim. Acta, 86, 4254-4269 (2003).
104. C. L. Schmid, C. Kempf, A. Taubert, M. Neuburger, M. Zehnder, T. A. Kaden, K. Bujno, and R. Bilewicz, Helv. Chim. Acta, 79, 1011-1020 (1996).
105. C. L. Schmid, M. Neuburger, M. Zehnder, T. A. Kaden, K. Bujno, and R. Bilewicz, Helv. Chim. Acta, 80, 241-252 (1997).
106. U. Ermler, Dalton Trans., 3451-3458 (2005).
107. S. P. J. Albracht, D. Ankel-Fuchs, R. Böcher, J. Ellermann, J. Moll, J. W. van der Zwaan, and R. K. Thauer, Biochim. Biophys. Acta, 955, 86-102 (1988).
108. U. Ermler, W. Grabarse, S. Shima, M. Goubeaud, and R. K. Thauer, Science, 278, 1457-1462 (1997).
109. W. Grabarse, F. Mahlert, S. Shima, R. K. Thauer, and U. Ermler, J. Mol. Biol., 303, 329-344 (2000).
110. W. Grabarse, F. Mahlert, E. C. Duin, M. Goubeaud, S. Shima, R. K. Thauer, V. Lamzin, and U. Ermler, J. Mol. Biol., 309, 315-330 (2001).
111. W. Grabarse, S. Shima, F. Mahlert, E. C. Duin, R. K. Thauer, and U. Ermler, in Handbook of Metalloproteins (A. Messerschmidt, R. Huber, T. Poulos, and K. Wieghardt, eds), John Wiley & Sons, Chichester, 2001, pp. 897-914.
112. T. Selmer, J. Kahnt, M. Goubeaud, S. Shima, W. Grabarse, U. Ermler, and R. K. Thauer, J. Biol. Chem., 275, 3755-3760 (2000).
113. J. Zhao, J. C. Micheau, C. Vargas, and C. Schiene-Fischer, Chem. Eur. J., 10, 6093-6101 (2004).
114. M. Goubeaud, G. Schreiner, and R. K. Thauer, Eur. J. Biochem., 243, 110-114 (1997).
115. E. C. Duin, L. Signor, R. Piskorski, F. Mahlert, M. D. Clay, M. Goenrich, R. K. Thauer, B. Jaun, and M. K. Johnson, J. Biol. Inorg. Chem., 9, 563-574 (2004).
116. S. Rospert, R. Böcher, S. P. J. Albracht, and R. K. Thauer, FEBS Lett., 291, 371-375 (1991).
117. F. Mahlert, W. Grabarse, J. Kahnt, R. K. Thauer, and E. C. Duin, J. Biol. Inorg. Chem., 7, 101-112 (2002).
118. E. C. Duin, N. J. Cosper, F. Mahlert, R. K. Thauer, and R. A. Scott, J. Biol. Inorg. Chem., 8, 141-148 (2003).
119. K. Singh, Y. C. Horng, and S. W. Ragsdale, J. Am. Chem. Soc., 125, 2436-2443 (2003).
120. S. Rospert, M. Voges, A. Berkessel, S. P. J. Albracht, and R. K. Thauer, Eur. J. Biochem., 210, 101-107 (1992).
121. M. Goenrich, E. C. Duin, F. Mahlert, and R. K. Thauer, J. Biol. Inorg. Chem., 10, 333-342 (2005).
122. F. Mahlert, C. Bauer, B. Jaun, R. K. Thauer, and E. C. Duin, J. Biol. Inorg. Chem., 7, 500-513 (2002).
123. C. Finazzo, J. Harmer, B. Jaun, E. C. Duin, F. Mahlert, R. K. Thauer, S. Van Doorslaer, and A. Schweiger, J. Biol. Inorg. Chem., 8, 586-593 (2003).
124. C. Finazzo, J. Harmer, C. Bauer, B. Jaun, E. C. Duin, F. Mahlert, M. Goenrich, R. K. Thauer, S. Van Doorslaer, and A. Schweiger, J. Am. Chem. Soc., 125, 4988-4989 (2003).
125. D. Hinderberger, R. Piskorski, M. Goenrich, R. K. Thauer, A. Schweiger, J. Harmer, and B. Jaun, Angew. Chem. Int. El. Engl., 45, 3602-3607 (2006).
126. J. Telser, R. Davydov, Y. C. Horng, S. W. Ragsdale, and B. M. Hoffman, J. Am. Chem. Soc., 123, 5853-5860 (2001).
127. J. Telser, Y. C. Horng, D. F. Becker, B. M. Hoffman, and S. W. Ragsdale, J. Am. Chem. Soc., 122, 182-183 (2000).
128. J. L. Craft, Y. C. Horng, S. W. Ragsdale, and T. C. Brunold, J. Am. Chem. Soc., 126, 4068-4069 (2004).
129. J. Harmer, C. Finazzo, R. Piskorski, C. Bauer, B. Jaun, E. C. Duin, M. Goenrich, R. K. Thauer, S. Van Doorslaer, and A. Schweiger, J. Am. Chem. Soc., 127, 17744-17755 (2005).
130. D. F. Becker and S. W. Ragsdale, Biochemistry, 37, 2639-2647 (1998).
131. S. J. Hallam, N. Putnam, C. M. Preston, J. C. Detter, D. Rokhsar, P. M. Richardson, and E. F. DeLong, Science, 305, 1457-1462 (2004).
132. Y. Ahn, J. A. Krzycki, and H. G. Floss, J. Am. Chem. Soc., 113, 4700-4701 (1991).
133. A. E. Shilov, E. M. Koldasheva, S. V. Kovalenko, N. P. Akent'eva, S. D. Varfolomeev, S. V. Kalyuzhnyi, and V. I. Sklyar, Dokl. Akad. Nauk, 367, 557-559 (1999).
134. J. J. Moran, C. H. House, K. H. Freeman, and J. G. Ferry, Archaea, 1, 303-309 (2004).
135. A. J. B. Zehnder and T. Brock, J. Bacteriol., 137, 420-432 (1979).
136. A. J. B. Zehnder and T. D. Brock, Appl. Environ. Microbiol., 39, 194-204 (1980).
137. R. Conrad and R. K. Thauer, FEMS Microbiol. Lett., 20, 229-232 (1983).
138. J. T. Keltjens and C. Van der Drift, FEMS Microbiol. Rev., 39, 259-303 (1986).
139. M. Tietze, A. Beuchle, I. Lamla, N. Orth, M. Dehler, G. Greiner, and U. Beifuss, Chembiochem, 4, 333-335 (2003).
140. Y. C. Horng, D. F. Becker, and S. W. Ragsdale, Biochemistry, 40, 12875-12885 (2001).
141. S. Licht, G. J. Gerfen, and J. A. Stubbe, Science, 271, 477-481 (1996).
142. J. A. Stubbe and W. A. van der Donk, Chem. Rev., 98, 705-762 (1998).
143. S. P. Mezyk and D. A. Armstrong, J. Chem. Soc. Perkin Trans., 2, 1411-1419 (1999).
144. V. Pelmenschikov, M. R. Blomberg, P. E. Siegbahn, and R. H. Crabtree, J. Am. Chem. Soc., 124, 4039-4049 (2002).
145. V. Pelmenschikov and P. E. Siegbahn, J. Biol. Inorg. Chem., 8, 653-662 (2003).
146. A. E. Shilov and G. B. Shul'pin, Chem. Rev., 97, 2879-2932 (1997).