Ligandenumlagerungen an Fe/S‐Cofaktoren: langsame Isomerisierung eines biomimetischen [2Fe‐2S]‐Clusters

Abstract

Ligandenaustauschprozesse spielen eine Schlüsselrolle bei der Biosynthese von Eisen-Schwefel-Clustern, vor allem während des Transfers des gebildeten Clusters vom Gerüst-zum entsprechenden Zielprotein. Trotz wichtiger Erkenntnisse aus In-vivo-und In-vitro-Studien sind die mikroskopischen Details dieses Ligandenaustausches bisher nicht verstanden. Nun konnte die Isomerisierung eines biomimetischen[ 2Fe-2S]-Clusters mit gemischten S/N-Donorliganden mechanistisch aufgeklärt werden. Dieser Cluster liegt in Lçsung in Form zweier geometrischer Isomere vor,u nd die temperaturabhängige 1 H-NMR-Spektroskopiel ieferte detaillierte Einblicke in den Verlauf der Isomerisierung.E in kombinierter theoretischer und experimenteller Ansatz zeigt, dass es sich hierbei um einen assoziativen Prozess mit Koordination eines Lçsungsmittelmoleküls an eines der beiden Eisen(III)-Ionen handelt. In der protonierten und der gemischtvalenten Form des Clusters läuft die Isomerisierung um mindestens zwei Grçßenordnungen schneller ab.Diese Ergebnisse leisten einen Beitrag zum Verständnis von Signalgebungs-und Ligandenaustauschprozessen in der Biosynthese von Eisen-Schwefel-Cofaktoren.Eisen-Schwefel-Cluster sind ubiquitäre Cofaktoren, die in einer Vielzahl von Formen und mit diversen Funktionen, z. B. als Elektronen-Transporter,i nR edox-Reaktionen und als Sensoren, gefunden wurden. [1][2][3] Die Biosynthese von Eisen-Schwefel-Clustern ist deshalb ein essenzieller Prozess in allen Lebensformen, und Erkrankungen wie die Friedreich-Ataxie und IscU-Myopathie (IscU = Eisen-Schwefel-Cluster-Gerüstprotein) sind auf Fehlfunktionen in diesem Prozess zurückzuführen. [4,5] Wenngleich alle drei bekannten Systeme der Biosynthese von Eisen-Schwefel-Clustern (Nif,I sc und Suf) in ähnlicher Weise über den Aufbau von [2Fe-2S]-Clustern an Gerüstproteinen und anschließenden Clustertransfer zum jeweiligen Zielprotein ablaufen, sind die Details dieses Prozess bisher nicht vollständig verstanden. [5][6][7][8] So spielt beispielsweise ein Aspartatrest in IscU aus Azotobacter vine-Abbildung 1. Rieske-Modell 1, [20] fünffach koordinierter [2Fe-2S]-Cluster 2 [15] und wasserlçslicher [4Fe-4S]-Cluster 3. [21]