日本自然科学研究机构生命创成探究中心（ExCELLS）及分子科学研究所的村木则文助教、青野重利教授、伊藤晓助教、奥村久士副教授及石井健太郎研究员，与大阪大学研究生院工学研究科内山进教授等人组成的研究团队，查清了表达活性的金属酶（図１氢化酶）所必需的一氧化碳是如何在体内合成的。
相关研究论文已于2019年10月18日发表在Nature Research发行的国际学术期刊《通讯-生物学》（Communications Biology）的网络版上。
研究背景
氢化酶作为催化氢气的氧化反应和质子的还原反应的金属酶，在细菌等的氢代谢中发挥着核心作用。另外，最近用作燃料电池催化剂的开发也备受期待。根据酶中所含的金属离子的不同，氢化酶可分为“镍-铁型”、“铁-铁型”和“铁型”三种不同类型。酶的活性中心即是蛋白质中结合的结构各异的金属络合物（图1）。虽然这三种酶的活性中心结构不同，但无论是哪种类型，一氧化碳（CO）与活性中心的铁离子配位是氢化酶具备活性的必要条件。尽管以前的研究已经知道这里的一氧化碳是体内合成的，但尚并不清楚具体合成路径。
图1：（A）镍-铁型、（B）铁-铁型、（C）铁型氢化酶的酶活性中心结构
研究成果
本次研究解析了与镍-铁型氢化酶利用的一氧化碳生物合成有关的酶（HypX）的晶体结构，发现HypX通过从未报道过的反应途径合成了一氧化碳。HypX由N末端结构域和C末端结构域两个结构域构成，分子内部存在横跨这两个结构域的巨大空腔（图2）。另外还确定，辅酶A（coenzyme A: CoA）与C末端结构域侧的空腔结合。
HypX的N末端结构域和C末端结构域分别发生两种不同的化学反应。在N末端结构域，作为反应基质与N末端结构域中的空腔结合的甲酰四氢叶酸向CoA发生甲酰基转移反应（图3中的反应步骤1）。此时，空腔中的CoA呈直链状延伸的构象。CoA末端的-SH基位于与N末端结构域结合的甲酰四氢叶酸中的甲酰基一侧，通过向CoA发生甲酰基转移反应，生成甲酰-CoA反应中间体。生成的甲酰-CoA的构象会在空腔中发生巨大变化，从而使CoA分子末端的甲酰基挪位于HypX的C末端结构域中的酶活性位点（图3中的反应步骤2）。甲酰-CoA在C末端结构域会发生一氧化碳脱离反应，生成一氧化碳和CoA（图3中的反应步骤3）。
图2：HypX的晶体结构。N末端结构域用蓝色表示、C末端结构域用绿色表示。HypX分子中存在的空腔用灰色网格表示。
图3：基于HypX的一氧化碳合成反应的反应步骤（示意图）。N末端结构域用蓝色表示、C末端结构域用绿色表示、甲酰基用红色表示。
论文信息
发表期刊：《通讯-生物学》
论文题目： “Structural characterization of HypX responsible for CO biosynthesis in the maturation of NiFe-hydrogenase”
DOI：10.1038/s42003-019-0631-z
文：JST客观日本编辑部翻译整理
