Proton Transfer Mechanisms in Bimetallic Hydrogenases

Abstract

Crystallographic and Spectroscopic Assignment of the Proton Transfer Pathway in [FeFe]-Hydrogenases. Nat. Commun. 2018, 9, 4726. 4 Xray crystallography and FTIR spectroscopy were used to identif y the key residues of proton transfer in [FeFe]hydrogenase under steady-state conditions.

Exploring Structure and Function of Redox Intermediates in [NiFe]‐Hydrogenases by an Advanced Experimental Approach for Solvated, Lyophilized and Crystallized Metalloenzymes

“…Infrared (IR) spectroscopy in various implementations has been successfully used to monitor catalytic processes and intermediates at and beyond biological metal sites. Available approaches comprise surface‐sensitive techniques like surface‐enhanced infrared absorption (SEIRA) and/or attenuated total reflection (ATR) spectroscopy, optionally combined with electrochemistry, illumination, gas‐atmosphere and/or temperature control [7–12] . Recently, time‐resolved IR studies in the nanosecond range as well as ultrafast pump‐probe and two‐dimensional IR techniques have also been introduced into metalloenzyme research [13, 14] .…”

Site-selective protonation of the one-electron reduced cofactor in [FeFe]-hydrogenase

“…[18][19][20][21][22][23] The latter includes arginine and glutamic acid residues connected by a cysteine, a serine, and a small water cluster. 24 The diiron site and the [4Fe-4S] cluster exist in an oxidized and reduced form each, resulting in a total of four different H-cluster species: the oxidized state, Hox, the 1e − -reduced states Hred′ (reduced [4Fe-4S] cluster) and Hred (reduced diiron site) as well as the 2e − -reduced state, Hsred. [25][26][27][28][29][30][31][32] An additional state, Hhyd, is comprised of a reduced [4Fe-4S] cluster and a formally over-oxidized diiron site with a terminal hydride ligand (H − ).…”

“…37,42 We presume that the cryogenic states may represent kinetically trapped intermediates. 24,47 The influence of bulk pH on Hox, Hred, and Hsred in the native [FeFe]-hydrogenase from Chlamydomonas reinhardtii (CrHydA1) 32,39 and Hred′ in cofactor variant CrHydA1 PDT was analysed before. 31,48 To understand the equilibrium of Hred′ and Hred in native CrHydA1, we now investigate the pH-dependent accumulation of both 1e − -reduced H-cluster states under turnover conditions.…”

Ein neuer Aufbau zur Untersuchung der Struktur und Funktion von solvatisierten, lyophilisierten und kristallinen Metalloenzymen – veranschaulicht anhand von [NiFe]‐Hydrogenasen

“…Bisher wurden bereits unterschiedliche infrarotspektroskopische Techniken erfolgreich zur Untersuchung der katalytischen Prozesse an biologischen Metallzentren und der dabei auftretenden Intermediate verwendet. Die hierfür verfügbaren Methoden umfassen oberflächensensitive Techniken wie die oberflächenverstärkte Infrarot‐Absorptionsspektroskopie (SEIRA) und/oder die abgeschwächte Totalreflexion (ATR), wahlweise kombiniert mit Elektrochemie, Belichtung, Gas‐ und/oder Temperaturkontrolle [7–12] . Erst kürzlich wurden zeitaufgelöste IR‐Experimente im Nanosekundenbereich sowie ultraschnelle Pump‐Probe‐ und 2D‐IR‐Techniken in die Metalloenzym‐Forschung eingeführt [13, 14] .…”

“…Die hierfür verfügbaren Methoden umfassen oberflächensensitive Te chniken wie die oberflächenverstärkte Infrarot-Absorptions-spektroskopie (SEIRA) und/oder die abgeschwächte Totalreflexion (ATR), wahlweise kombiniert mit Elektrochemie, Belichtung,G as-und/oder Te mperaturkontrolle. [7][8][9][10][11][12] Erst kürzlich wurden zeitaufgelçste IR-Experimente im Nanosekundenbereich sowie ultraschnelle Pump-Probe-und 2D-IR-Te chniken in die Metalloenzym-Forschung eingeführt. [13,14] Die paramagnetische Elektronenresonanz-Spektroskopie (EPR) ermçglicht weiterführende Einblicke in die elektronische Struktur von paramagnetischen Zuständen, [15][16][17][18] und auch die Resonanz-Raman-Spektroskopie (RR) wurde bereits mehrfach erfolgreich zur Untersuchung charakteristischer Metall-Ligand-Schwingungen unterschiedlicher Redoxzustände zum Einsatz gebracht.…”