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The catalytic cycle of nitrous oxide reductase — The enzyme that catalyzes the last step of denitrification
Journal of Inorganic Biochemistry ( IF 3.8 ) Pub Date : 2017-09-11 , DOI: 10.1016/j.jinorgbio.2017.09.007
Cíntia Carreira , Sofia R. Pauleta , Isabel Moura

The reduction of the potent greenhouse gas nitrous oxide requires a catalyst to overcome the large activation energy barrier of this reaction. Its biological decomposition to the inert dinitrogen can be accomplished by denitrifiers through nitrous oxide reductase, the enzyme that catalyzes the last step of the denitrification, a pathway of the biogeochemical nitrogen cycle. Nitrous oxide reductase is a multicopper enzyme containing a mixed valence CuA center that can accept electrons from small electron shuttle proteins, triggering electron flow to the catalytic sulfide-bridged tetranuclear copper “CuZ center”. This enzyme has been isolated with its catalytic center in two forms, CuZ*(4Cu1S) and CuZ(4Cu2S), proven to be spectroscopic and structurally different. In the last decades, it has been a challenge to characterize the properties of this complex enzyme, due to the different oxidation states observed for each of its centers and the heterogeneity of its preparations. The substrate binding site in those two “CuZ center” forms and which is the active form of the enzyme is still a matter of debate. However, in the last years the application of different spectroscopies, together with theoretical calculations have been useful in answering these questions and in identifying intermediate species of the catalytic cycle. An overview of the spectroscopic, kinetics and structural properties of the two forms of the catalytic “CuZ center” is given here, together with the current knowledge on nitrous oxide reduction mechanism by nitrous oxide reductase and its intermediate species.



中文翻译:

一氧化二氮还原酶的催化循环-催化反硝化最后一步的酶

有效的温室气体一氧化二氮的还原需要催化剂来克服该反应的大活化能垒。它可以通过反硝化反应器通过一氧化二氮还原酶(一种催化反硝化最后一步(生物地球化学氮循环的途径)的酶)将其生物分解为惰性二氮。一氧化二氮还原酶是一种多铜酶,含有混合价的CuA中心,该中心可以接受来自小电子穿梭蛋白的电子,从而触发电子流向催化硫化物桥连的四核铜“ CuZ中心”。该酶的催化中心已分离为两种形式,即CuZ *(4Cu1S)和CuZ(4Cu2S),经证实具有光谱学和结构差异。在过去的几十年中,由于对每个复合酶中心观察到不同的氧化态以及其制备的异质性,表征这种复杂酶的特性一直是一个挑战。这两种“ CuZ中心”形式的底物结合位点(是酶的活性形式)仍是一个有争议的问题。然而,近年来,不同光谱学的应用以及理论计算在回答这些问题和识别催化循环的中间物种方面是有用的。此处概述了两种催化形式的“ CuZ中心”的光谱,动力学和结构性质,以及有关通过一氧化二氮还原酶及其中间物质还原一氧化二氮的最新知识。由于在每个中心观察到的氧化态不同以及其制剂的异质性。这两种“ CuZ中心”形式的底物结合位点(是酶的活性形式)仍是一个有争议的问题。然而,近年来,不同光谱学的应用以及理论计算在回答这些问题和识别催化循环的中间物种方面是有用的。此处概述了两种催化形式的“ CuZ中心”的光谱,动力学和结构性质,以及有关通过一氧化二氮还原酶及其中间物质还原一氧化二氮的最新知识。由于在每个中心观察到的氧化态不同以及其制剂的异质性。这两种“ CuZ中心”形式的底物结合位点是酶的活性形式,这仍是一个有争议的问题。然而,在最近几年中,不同光谱学的应用以及理论计算在回答这些问题和确定催化循环的中间物种方面是有用的。此处概述了两种催化形式的“ CuZ中心”的光谱,动力学和结构性质,以及有关通过一氧化二氮还原酶及其中间物质还原一氧化二氮的最新知识。这两种“ CuZ中心”形式的底物结合位点(是酶的活性形式)仍是一个有争议的问题。然而,近年来,不同光谱学的应用以及理论计算在回答这些问题和识别催化循环的中间物种方面是有用的。此处概述了两种催化形式的“ CuZ中心”的光谱,动力学和结构性质,以及有关通过一氧化二氮还原酶及其中间物质还原一氧化二氮的最新知识。这两种“ CuZ中心”形式的底物结合位点是酶的活性形式,这仍是一个有争议的问题。然而,近年来,不同光谱学的应用以及理论计算在回答这些问题和识别催化循环的中间物种方面是有用的。此处概述了两种催化形式的“ CuZ中心”的光谱,动力学和结构性质,以及有关通过一氧化二氮还原酶及其中间物质还原一氧化二氮的最新知识。连同理论计算一起在回答这些问题和确定催化循环的中间物种方面很有用。此处概述了两种催化形式的“ CuZ中心”的光谱,动力学和结构性质,以及有关通过一氧化二氮还原酶及其中间物质还原一氧化二氮的最新知识。连同理论计算一起在回答这些问题和确定催化循环的中间物种方面很有用。此处概述了两种催化形式的“ CuZ中心”的光谱,动力学和结构性质,以及有关通过一氧化二氮还原酶及其中间物质还原一氧化二氮的最新知识。

更新日期:2017-09-11
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