Eisen-Schwefel-Cluster
Eisen-Schwefel-Cluster (Fe-S-Zentren) sind Mehrfachkomplexe aus Eisen und Schwefel der Größe von Clustern, die als Kofaktoren an Enzymreaktionen beteiligt sind. Am häufigsten und stabilsten sind (4Fe-4S) und (2Fe-2S). Im Allgemeinen werden Cluster zerstört, wenn sie für freien Sauerstoff zugänglich sind. Die Zugänglichkeit ist vom Schutz des bindenden Enzyms abhängig.
Diese Fe-S-Zentren wirken in Enzymen als Elektronentransferreaktanden, Lewis-Säuren und Radikal-Generatoren. So kann beispielsweise Stickstoff in Ammoniak, Wasserstoff in Protonen und Kohlenmonoxid in Kohlenstoffdioxid umgewandelt werden:
Die Eisenatome der Zentren werden durch anorganisches Sulfid und die Seitenketten von Aminosäuren koordiniert. Cysteine können beispielsweise über ihre Thiolgruppe koordinieren (s.Abb.).
Biosynthese
Bereits unter reduzierenden, wässrigen Bedingungen bilden sich spontan rhombische (2Fe-2S)-Komplexe. Weitere Metallionen, z.B. Nickel oder Molybdän können in den Komplex in Folge aufgenommen werden. Dies geschieht im Organismus besonders effektiv unter Beteiligung eines Proteinkomplexes, der das Eisen-Schwefel-Cluster-Gerüstprotein (ISCU) enthält.
Dabei übernimmt ISCU die Rolle der Bindung der Eisenatome, die von ISCA herantransportiert werden, während das Enzym Cystein-Desulfurase unter Cysteinverbrauch Schwefelatome bereitstellt. Zunächst wird (2Fe-2S) zusammengestellt, das durch Dimerisierung schließlich (4Fe-4S) wird. Dieser Prozess kann sowohl in den Mitochondrien als auch im Zytosol stattfinden, wonach der fertige (4Fe-4S)-Komplex ins Plasma transportiert oder gleich in bereitstehende Enzyme eingebaut wird.
Vorkommen
Anaerob lebende Bakterien und Archaeen enthalten teilweise auch sauerstoffempfindliche Enzyme mit einem nickel-, eisen- und schwefelhaltigen Zentrum, das als Cluster C bezeichnet wird.
Das Enzym Nitrogenase enthält als Kofaktor einen Fe-Mo-S-Cluster.
Eisen-Schwefel-Cluster kommen in Mitochondrien, Mitosomen und Hydrogenosomen vor.
Liste der menschlichen Proteine mit (2Fe-2S)
- NADH-Dehydrogenase, Succinat-Dehydrogenase und Cytochrom-c-Reduktase (Komplex I, II und III der Atmungskette, Citratzyklus)
- Adrenodoxin (Synthese der Thyroidhormone)
- Xanthinoxidase (Nukleotidmetabolismus)
- Aldehydoxidase (Biotransformation, Abbau von Nikotin)
- Ferrochelatase (Porphyrinmetabolismus)
- Miner1 und Miner2
Liste der menschlichen Proteine mit (4Fe-4S)
- NADH-Dehydrogenase und Succinat-Dehydrogenase (Komplex I und II der Atmungskette, Citratzyklus)
- Aconitase (Citratzyklus)
- Amidophosphoribosyltransferase (Purinstoffwechsel, Inosinmonophosphat-de novo-Synthese)
- Dihydropyrimidin-Dehydrogenase (Aminosäuresynthese, Synthese von β-Alanin)
- IREBP2 (Eisenstoffwechsel)
- Lipoylsynthase (Proteinmodifizierung)
- die Kernenzyme DNA-Primase und Endonuklease III-like
Siehe auch
Literatur
- H. Dobbek: Wie biologische Fe-S-Zentren CO2 aktivieren. In: Nachrichten aus der Chemie. Band 56, Nr. 7–8, 2008, S. 734–737, doi:10.1002/nadc.200857949.
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Datum der letzten Änderung: Jena, den: 28.05. 2024