Nat. Rev. Chem.展望：产烷生物的负氢离子转移反应：从H2到有机底物

初学者

2020-03-03

某些厌氧微生物已经进化出利用H₂作为能量代谢过程中还原剂的机制。相应地，这些微生物也发展了H₂活化酶，这类酶有望用于H₂经济产业。在甲烷古菌的氢营养型代谢路径中，4H₂失去8e^-，将CO₂转化为CH₄。在标准培养条件下，这些古菌表达出[NiFe]-氢化酶，将H₂异裂解离为2H⁺和2e⁻，电子则被供应到主要的代谢途径。在Ni有限的情况下，用于还原脱氮黄素（F₄₂₀）的[NiFe]-氢化酶含量下降，其功能主要由含量增加的[Fe]-氢化酶代替。这种[Fe]-氢化酶在生物界十分独特，能裂解H₂，将H^-直接转移到含咪唑底物。[Fe]-氢化酶在Fe辅酶处（连接2个CO分子、1个酰基、1个吡啶N、1个半胱氨酸硫醇基）活化H₂。受此启发，化学家不仅设计出了类似的Fe基催化剂用于溶液中H₂的催化裂解，而且通过改性[Fe]-氢化酶蛋白设计出了半人工蛋白。

最近，马克斯·普朗克地球微生物学研究所Seigo Shima团队总结了氢营养型产烷生物涉及以上过程的酶，特别是进行还原步骤的酶。

本文要点：

1) 分以下方面进行了归纳：基于CO₂和H₂的产烷作用；[Fe]-氢化酶及其FeGP辅酶；[Fe]-氢化酶的结构和机理。

2） 详细讨论了[Fe]-氢化酶人工模拟的最新进展。

最后，作者指出，若想将[Fe]-氢化酶和其半人工蛋白的应用推广到内源性底物以外，必须加深对氢化酶作用机制的理解。

Gangfeng Huang, et al. Methanogenesis involves direct hydride transfer from H₂ to an organic substrate. Nature Reviews Chemistry, 2020.

DOI: 10.1038/s41570-020-0167-2

https://www.nature.com/articles/s41570-020-0167-2