Acetyl-coenzyme A Synthases and Nickel-Containing Carbon Monoxide Dehydrogenases

Nickel and Its Surprising Impact in Nature

Volumn 2, Issue , 2007, Pages 357-415

  Lindahl, Paul A ^a   Graham, David E ^b  

^a TEXAS A AND M UNIVERSITY   (United States)

^b UNIVERSITY OF TEXAS AT AUSTIN   (United States)

Author keywords

Acetogenesis; Archaeal metabolism; EPR; Iron sulfur clusters; Metal assembly; Metalloenzyme evolution; Methanogenesis; M ssbauer spectroscopy; Origin of life; Phylogeny; Redox; Wood Ljungdahl pathway

Indexed keywords

BIOLOGY; CARBON MONOXIDE; COENZYMES; ELECTRON SPIN RESONANCE SPECTROSCOPY; IRON COMPOUNDS; NICKEL OXIDE; PARAMAGNETIC RESONANCE;

ACETOGENESIS; ARCHAEAL; IRON-SULFUR CLUSTERS; METAL ASSEMBLIES; METALLOENZYMES; METHANOGENESIS; ORIGIN OF LIFE; PHYLOGENY; REDOX; SSBAUER SPECTROSCOPIES;

SULFUR COMPOUNDS;

EID: 84954622001     PISSN: None     EISSN: None     Source Type: Book    
DOI: 10.1002/9780470028131.ch9     Document Type: Chapter

References (113)

1. D. A. Grahame, J. Biol. Chem., 266, 22227-22233 (1991).
2. H. Dobbek, V. Svetlitchnyi, L. Gremer, R. Huber, and O. Meyer, Science, 293, 1281- 1285 (2001).
3. C. L. Drennan, J. Heo, M. D. Sintchak, E. Schreiter, and P. W. Ludden, Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A., 98, 11973-11978 (2001).
4. T. I. Doukov, T. M. Iverson, J. Seravalli, S. W. Ragsdale, and C. L. Drennan, Science, 298, 567-572 (2002).
5. C. Darnault, A. Volbeda, E. J. Kim, P. Legrand, X. Vernède, P. A. Lindahl, and J. C. Fontecilla-Camps, Nat. Struct. Biol., 10, 271-279 (2003).
6. V. Svetlitchnyi, H. Dobbek, W. Meyer-Klaucke, T. Meins, B. Thiele, P. Römer, R. Huber, and O. Meyer, Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A., 101, 446-451 (2004).
7. C. L. Drennan, T. I. Doukov, and S. W. Ragsdale, J. Biol. Inorg. Chem., 9, 511-515 (2004).
8. A. Volbeda and J. C. Fontecilla-Camps, J. Biol. Inorg. Chem., 9, 525-532 (2004).
9. A. Volbeda and J. C. Fontecilla-Camps, Dalton Trans., 3443-3450 (2005).
10. A. Volbeda and J. C. Fontecilla-Camps, Coord. Chem. Rev., 249, 1609-1619 (2005).
11. C. G. Riordan, J. Biol. Inorg. Chem., 9, 542-549 (2004).
12. E. L. Hegg, Acc. Chem. Res., 37, 775-783 (2004).
13. D. J. Evans, Coord. Chem. Rev., 249, 1582-1595 (2005).
14. T. C. Harrop and P. K. Mascharak, Coord. Chem. Rev., 249, 3007-3024 (2005).
15. T. C. Brunold, J. Biol. Inorg. Chem., 9, 533-541 (2004).
16. D. A. Grahame, Trends Biochem. Sci., 28, 221-224 (2003).
17. P. A. Lindahl, J. Biol. Inorg. Chem., 9, 516-524 (2004).
18. S. W. Ragsdale, Crit. Rev. Biochem. Mol. Biol., 39, 165-195 (2004).
19. P. A. Lindahl and B. Chang, Orig. Life Evol. Biosph., 31, 403-434 (2001).
20. J. L. Craft, P. W. Ludden, and T. C. Brunold, Biochemistry, 41, 1681-1688 (2002).
21. P. A. Lindahl, Biochemistry, 41, 2097-2105 (2002).
22. E. J. Kim, J. Feng, M. R. Bramlett, and P. A. Lindahl, Biochemistry, 43, 5728-5734 (2004).
23. Z. Hu, N. J. Spangler, M. E. Anderson, J. Xia, P. W. Ludden, P. A. Lindahl, and E. Münck, J. Am. Chem. Soc., 118, 830-845 (1996).
24. V. J. DeRose, J. Telser, M. E. Anderson, P. A. Lindahl, and B. M. Hoffman, J. Am. Chem. Soc., 120, 8767-8776 (1998).
25. D. M. Fraser and P. A. Lindahl, Biochemistry, 38, 15706-15711 (1999).
26. W. Gu, J. Seravalli, S. W. Ragsdale, and S. P. Cramer, Biochemistry, 43, 9029-9035 (2004).
27. H. Dobbek, V. Svetlitchnyi, J. Liss, and O. Meyer, J. Am. Chem. Soc., 126, 5382-5387 (2004).
28. J. Feng and P. A. Lindahl, J. Am. Chem. Soc., 126, 9094-9100 (2004).
29. S. A. Ensign, D. Bonam, and P. W. Ludden, Biochemistry, 28, 4968-4973 (1989).
30. D. Bonam, M. C. McKenna, P. J. Stephens, and P. W. Ludden, Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A., 85, 31-35 (1988).
31. S. A. Ensign, M. J. Campbell, and P. W. Ludden, Biochemistry, 29, 2162-2168 (1990).
32. H. K. Loke, G. N. Bennett, and P. A. Lindahl, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 97, 12530-12535 (2000).
33. J. L. Rowe, G. L. Starnes, and P. T. Chivers, J. Bacteriol., 187, 6317-6323 (2005).
34. W. B. Jeon, S. W. Singer, P. W. Ludden, and L. M. Rubio, J. Biol. Inorg. Chem., 10, 903-912 (2005).
35. S. S. Mansy and J. A. Cowan, Acc. Chem. Res., 37, 719-725 (2004).
36. R. K. Watt and P. W. Ludden, J. Bacteriol., 181, 4554-4560 (1999).
37. R. L. Kerby, P. W. Ludden, and G. P. Roberts, J. Bacteriol., 179, 2259-2266 (1997).
38. W. B. Jeon, J. Cheng, and P. W. Ludden, J. Biol. Chem., 276, 38602-38609 (2001).
39. H. K. Loke and P. A. Lindahl, J. Inorg. Biochem., 93, 33-40 (2003).
40. C. Notredame, D. G. Higgins, and J. Heringa, J. Mol. Biol., 302, 205-217 (2000).
41. S. Macedo, E. P. Mitchell, C. V. Romão, S. J. Cooper, R. Coelho, M. Y. Liu, A. V. Xavier, J. LeGall, S. Bailey, C. D. Garner, W. R. Hagen, M. Teixeira, M. A. Carrondo, and P. Lindley, J. Biol. Inorg. Chem., 7, 514-525 (2002).
42. J. R. Cole, B. Chai, R. J. Farris, Q. Wang, S. A. Kulam, D. M. McGarrell, G. M. Garrity, and J. M. Tiedje, Nucleic Acids Res., 33, D294-296 (2005).
43. G. M. Garrity, J. A. Bell, and T. G. Lilburn, Taxonomic outline of the prokaryotes. http://dx.doi.org/10.1007/bergeysoutline, Springer-Verlag, New York, 2004.
44. S. Gencic and D. A. Grahame, J. Biol. Chem., 278, 6101-6110 (2003).
45. S. J. George, J. Seravalli, and S. W. Ragsdale, J. Am. Chem. Soc., 127, 13500-13501 (2005).
46. J. Xia, Z. Hu, C. V. Popescu, P. A. Lindahl, and E. Münck, J. Am. Chem. Soc., 119, 8301-8312 (1997).
47. M. R. Bramlett, A. Stubna, X. Tan, I. Surovtsev, E. Münck, and P. A. Lindahl, Biochemistry, 45, 8674-8685 (2006).
48. D. P. Barondeau and P. A. Lindahl, J. Am. Chem. Soc., 119, 3959-3970 (1997).
49. X. S. Tan, C. Sewell, and P. A. Lindahl, J. Am. Chem. Soc., 124, 6277-7284 (2002).
50. P. A. Lindahl, S. W. Ragsdale, and E. Münck, J. Biol. Chem., 265, 3880-3888 (1990).
51. W. Shin and P. A. Lindahl, J. Am. Chem. Soc., 114, 9718-9719 (1992).
52. W. Shin, M. E. Anderson, and P. A. Lindahl, J. Am. Chem. Soc., 115, 5522-5526 (1993).
53. W. Shin and P. A. Lindahl, Biochim. Biophys. Acta, 1161, 317-322 (1993).
54. W. P. Lu, P. E. Jablonski, M. Rasche, J. G. Ferry, and S. W. Ragsdale, J. Biol. Chem., 269, 9736-9742 (1994).
55. J. Seravalli, Y. Xiao, W. Gu, S. P. Cramer, W. E. Antholine, V. Krymov, G. J. Gerfen, and S. W. Ragsdale, Biochemistry, 43, 3944-3955 (2004).
56. M. R. Bramlett, X. Tan, and P. A. Lindahl, J. Am. Chem. Soc., 125, 9316-9317 (2003).
57. W. P. Lu and S. W. Ragsdale, J. Biol. Chem., 266, 3554-3564 (1991).
58. B. Bhaskar, E. DeMoll, and D. A. Grahame, Biochemistry, 37, 14491-14499 (1998).
59. R. P. Schenker and T. C. Brunold, J. Am. Chem. Soc., 125, 13962-13963 (2003).
60. C. E. Webster, M. Y. Darensbourg, P. A. Lindahl, and M. B. Hall, J. Am. Chem. Soc., 126, 3410-3411 (2004).
61. P. Amara, A. Volbeda, J. C. Fontecilla-Camps, and M. J. Field, J. Am. Chem. Soc., 127, 2776-2784 (2005).
62. W. Gu, S. Gencic, S. P. Cramer, and D. A. Grahame, J. Am. Chem. Soc., 125, 15343- 15351 (2003).
63. T. Funk, W. Gu, S. Friedrich, H. Wang, S. Gencic, D. A. Grahame, and S. P. Cramer, J. Am. Chem. Soc., 126, 88-95 (2004).
64. R. Banerjee and S. W. Ragsdale, Annu. Rev. Biochem., 72, 209-247 (2003).
65. J. Seravalli, M. Kumar, and S. W. Ragsdale, Biochemistry, 41, 1807-1819 (2002).
66. E. L. Maynard and P. A. Lindahl, J. Am. Chem. Soc., 121, 9221-9222 (1999).
67. X. Tan, M. R. Bramlett, and P. A. Lindahl, J. Am. Chem. Soc., 126, 5954-5955 (2004).
68. X. Tan, H.-K. Loke, S. Fitch, and P. A. Lindahl, J. Am. Chem. Soc., 127, 5833-5839 (2005).
69. X. Tan, A. Volbeda, J. C. Fontecilla-Camps, and P. A. Lindahl, J. Biol. Inorg. Chem., 11, 371-378 (2006).
70. E. L. Maynard and P. A. Lindahl, Biochemistry, 40, 13262-13267 (2001).
71. 12, (R. Banerjee, ed.), John Wiley & Sons, New York, 1999, pp. 633-653.
72. B. Hippler and R. K. Thauer, FEBS Lett., 449, 165-168 (1999).
73. J. Seravalli, S. Zhao, and S. W. Ragsdale, Biochemistry, 38, 5728-5735 (1999).
74. J. Seravalli, R. K. Shoemaker, M. J. Sudbeck, and S. W. Ragsdale, Biochemistry, 38, 5736-5745 (1999).
75. S. J. Hallam, N. Putnam, C. M. Preston, J. C. Detter, D. S. Rokhsar, P. M. Richardson, and E. F. DeLong, Science, 305, 1457-1462 (2004).
76. E. Kocsis, M. Kessel, E. DeMoll, and D. A. Grahame, J. Struct. Biol., 128, 165-174 (1999).
77. P. Balbo and M. Oliveira, Acta Crystallogr. D Biol. Crystallogr., 59, 721-723 (2003).
78. E. Stupperich, K. E. Hammel, G. Fuchs, and R. K. Thauer, FEBS Lett., 152, 21-23 (1983).
79. J. Ladapo and W. B. Whitman, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 87, 5598-5602 (1990).
80. E. DeMoll, D. A. Grahame, J. M. Harnly, L. Tsai, and T. C. Stadtman, J. Bacteriol., 169, 3916-3920 (1987).
81. S. Menon and S. W. Ragsdale, Biochemistry, 35, 15814-15821 (1996).
82. J. G. Ferry, Annu. Rev. Microbiol., 49, 305-333 (1995).
83. J. Maupin-Furlow and J. G. Ferry, J. Bacteriol., 178, 340-346 (1996).
84. D. A. Grahame, S. Gencic, and E. DeMoll, Arch. Microbiol., 184, 32-40 (2005).
85. J. A. Maupin-Furlow and J. G. Ferry, J. Bacteriol., 178, 6849-6856 (1996).
86. K. R. Sowers, T. T. Thai, and R. P. Gunsalus, J. Biol. Chem., 268, 23172-23178 (1993).
87. J. E. Galagan, C. Nusbaum, A. Roy, M. G. Endrizzi, P. Macdonald, W. FitzHugh, S. Calvo, R. Engels, S. Smirnov, D. Atnoor, A. Brown, N. Allen, J. Naylor, N. Stange-Thomann, K. DeArellano, R. Johnson, L. Linton, P. McEwan, K. McKernan, J. Talamas, A. Tirrell, W. Ye, A. Zimmer, R. D. Barber, I. Cann, D. E. Graham, D. A. Grahame, A. M. Guss, R. Hedderich, C. Ingram-Smith, H. C. Kuettner, J. A. Krzycki, J. A. Leigh, W. Li, J. Liu, B. Mukhopadhyay, J. N. Reeve, K. Smith, T. A. Springer, L. A. Umayam, O. White, R. H. White, E. Conway de Macario, J. G. Ferry, K. F. Jarrell, H. Jing, A. J. Macario, I. Paulsen, M. Pritchett, K. R. Sowers, R. V. Swanson, S. H. Zinder, E. Lander, W. W. Metcalf, and B. Birren, Genome Res., 12, 532-542 (2002).
88. M. Rother and W. W. Metcalf, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 101, 16929-16934 (2004).
89. R. Hovey, S. Lentes, A. Ehrenreich, K. Salmon, K. Saba, G. Gottschalk, R. P. Gunsalus, and U. Deppenmeier, Mol. Gen. Genomics, 273, 225-239 (2005).
90. 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).
91. 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 and J. C. Venter, Nature, 390, 364-370 (1997).
92. D. Möller-Zinkhan and R. K. Thauer, Arch. Microbiol., 153, 215-218 (1990).
93. Y.-R. Dai, D. W. Reed, J. H. Millstein, P. L. Hartzell, D. A. Grahame and E. DeMoll, Arch. Microbiol., 169, 525-529 (1998).
94. J. Wiegel, R. Tanner and F. A. Rainey, An Introduction to the Family Clostridiacaea. The Prokaryotes: An Evolving Electronic Resource for the Microbiological Community (M. Dworkin, ed.), http://link.springer-ny.com/link/service/books/10125/ Springer Verlag, New York, 2006.
95. H. L. Drake and S. L. Daniel, Res. Microbiol., 155, 422-436 (2004).
96. S. W. Ragsdale, in Acetogenesis (H. R. Drake, ed.), Chapman & Hall, New York, 1994, pp 88-126.
97. M. Wu, Q. Ren, A. S. Durkin, S. C. Daugherty, L. M. Brinkac, R. J. Dodson, R. Madupu, S. A. Sullivan, J. F. Kolonay, W. C. Nelson, L. J. Tallon, K. M. Jones, L. E. Ulrich, J. M. Gonzalez, I. B. Zhulin, F. T. Robb, and J. A. Eisen, PLoS Genetics, 1, e65 (2005).
98. B. Soboh, D. Linder, and R. Hedderich, Eur. J. Biochem., 269, 5712-5721 (2002).
99. R. Seshadri, L. Adrian, D. E. Fouts, J. A. Eisen, A. M. Phillippy, B. A. Methe, N. L. Ward, W. C. Nelson, R. T. Deboy, H. M. Khouri, J. F. Kolonay, R. J. Dodson, S. C. Daugherty, L. M. Brinkac, S. A. Sullivan, R. Madupu, K. E. Nelson, K. H. Kang, M. Impraim, K. Tran, J. M. Robinson, H. A. Forberger, C. M. Fraser, S. H. Zinder, and J. F. Heidelberg, Science, 307, 105-108 (2005).
100. H. J. Harmsen, B. L. Van Kuijk, C. M. Plugge, A. D. Akkermans, W. M. De Vos, and A. J. M. Stams, Int. J. Syst. Bacteriol., 48, 1383-1387 (1998).
101. C. M. Plugge, C. Dijkema, and A. J. M. Stams, FEMS Microbiol. Lett., 110, 71-76 (1993).
102. M. J. Lee and S. H. Zinder, Arch. Microbiol., 150, 513-518 (1988).
103. S. Hattori, A. S. Galushko, Y. Kamagata, and B. Schink, J. Bacteriol., 187, 3471- 3476 (2005).
104. D. Shelver, R. L. Kerby, Y. He, and G. P. Roberts, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 94, 11216-11220 (1997).
105. S. A. Ensign and P. W. Ludden, J. Biol. Chem., 266, 18395-18403 (1991).
106. R. L. Kerby, S. S. Hong, S. A. Ensign, L. J. Coppoc, P. W. Ludden, and G. P. Roberts, J. Bacteriol., 174, 5284-5294 (1992).
107. G. Wächtershäuser, in The Molecular Origins of Life: Assembling Pieces of the Puzzle (A. Brack, ed.), Cambridge University Press, Cambridge, 1998, pp 206- 218.
108. P. A. Lindahl, Orig. Life Evol. Biosph., 34, 371-389 (2004).
109. M. J. Russell and W. Martin, Trends Biochem. Sci., 29, 358-363 (2004).
110. C. Huber and G. Wächtershäuser, Science, 276, 245-247 (1997).
111. F. Ronquist and J. P. Huelsenbeck, Bioinformatics, 19, 1572-1574 (2003).
112. J. Felsenstein, PHYLIP (phylogeny inference package), 3.65; Department of Genetics, University of Washington: Seattle, 2005.
113. R. E. Duderstadt, C. R. Staples, P. S. Brereton, M. W. Adams, and M. K. Johnson, Biochemistry, 38, 10585-10593 (1999).