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Relating diffusion along the substrate tunnel and oxygen sensitivity in hydrogenase

Authors :
Marc Rousset
Christophe Léger
Bruno Guigliarelli
Sébastien Dementin
Thomas Lautier
Patrick Bertrand
Christine Cavazza
Juan C. Fontecilla-Camps
Fanny Leroux
Pierre-Pol Liebgott
Isabelle Meynial-Salles
Carole Baffert
Bénédicte Burlat
Pierre Ceccaldi
Philippe Soucaille
Vincent Fourmond
Bioénergétique et Ingénierie des Protéines (BIP )
Aix Marseille Université (AMU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Laboratoire d'Ingénierie des Systèmes Biologiques et des Procédés (LISBP)
Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse)
Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)
Institut de biologie structurale et microbiologie (IBSM)
Université de la Méditerranée - Aix-Marseille 2-Université Paul Cézanne - Aix-Marseille 3-Université de Provence - Aix-Marseille 1-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Laboratoire de Chimie et Biologie des Métaux (LCBM - UMR 5249)
Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Institut de Recherche Interdisciplinaire de Grenoble (IRIG)
Direction de Recherche Fondamentale (CEA) (DRF (CEA))
Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Direction de Recherche Fondamentale (CEA) (DRF (CEA))
Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)
Institut de Microbiologie de la Méditerranée (IMM)
Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Aix Marseille Université (AMU)
Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse)
Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019])-Institut de Recherche Interdisciplinaire de Grenoble (IRIG)
Azzopardi, Laure
Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Source :
Nature Chemical Biology, Nature Chemical Biology, Nature Publishing Group, 2010, 6 (1), pp.63-70, Nature Chemical Biology, 2010, 6 (1), pp.63-70, HAL
Publication Year :
2009
Publisher :
Springer Science and Business Media LLC, 2009.

Abstract

In hydrogenases and many other redox enzymes, the buried active site is connected to the solvent by a molecular channel whose structure may determine the enzyme's selectivity with respect to substrate and inhibitors. The role of these channels has been addressed using crystallography and molecular dynamics, but kinetic data are scarce. Using protein film voltammetry, we determined and then compared the rates of inhibition by CO and O2 in ten NiFe hydrogenase mutants and two FeFe hydrogenases. We found that the rate of inhibition by CO is a good proxy of the rate of diffusion of O2 toward the active site. Modifying amino acids whose side chains point inside the tunnel can slow this rate by orders of magnitude. We quantitatively define the relations between diffusion, the Michaelis constant for H2 and rates of inhibition, and we demonstrate that certain enzymes are slowly inactivated by O2 because access to the active site is slow.

Details

ISSN :
15524469 and 15524450
Volume :
6
Database :
OpenAIRE
Journal :
Nature Chemical Biology
Accession number :
edsair.doi.dedup.....265a0dc9e68755164d9fe7a29ecc87f7