图片来源：Chem. Sci.

CfbA是包括SirB和CbiK/CbiX在内的所有Ⅱ型螯合酶家族的重要祖先，不仅具有镍螯合酶的功能，而且在体外还具有钴螯合酶的功能。因此，CfbA是螯合酶催化金属SHC型辅因子形成的多样性和进化的关键酶。然而，CfbA与Ni²⁺和Co²⁺的反应机理尚不清楚。

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近期，日本埼玉大学Takashi Fujishiro课题组基于结构揭示了Ⅱ类螯合酶的潜在催化机制和对进化方面的深入理解。该研究解析了Methanocaldococcus jannaschii来源的Ⅱ型螯合酶CfbA晶体结构，与其他Ⅱ型螯合酶晶体结构不同的是，CfbA具有两个组氨酸丰富区域（His-rich region），这个区域的电子密度较低，表明这个区域在不同的构象中更具灵活性。

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同时，该研究还解析了CfbA与Ni²⁺结合的晶体结构。金属离子结合位点由三个氨基酸残基组成，严格保守的His9和His75，以及较为保守的Glu42。

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此外，还解析了CfbA分别与底物SHC和Ni-SHC结合的晶体结构。SHC和Ni-SHC与CfbA的活性位点通过极性作用力相结合。

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接着，为了获得催化中间体的晶体结构，将SHC与CfbA结合的晶体和Ni²⁺浸泡不同的时间，最终在浸泡6.5h后，成功获得Ni²⁺-SHC-His催化中间体晶体。中间体的Ni²⁺与His9、His75和SHC的乙酸侧链配位。

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由于CfbA还具有钴螯合酶的功能，而CfbA利用Co²⁺的结构基础尚不清楚。因此，该研究还解析了CfbA与Co²⁺结合的晶体结构。CfbA与Co²⁺结合的晶体结构和与Ni²⁺有很大的不同，Co²⁺和Ni²⁺的配位结构不仅因为甲酸盐桥联配体的存在而不同，而且还因为氨基酸配体对金属的作用而不同。在有和没有甲酸盐的Co²⁺结合CfbA的两种情况下，Co²⁺配位结构仅由His9和His75组成，而没有距离为4.0或4.6Å的Glu42。相反，Ni²⁺与His9、His75配位，与距离为2.9Å 的Glu42有弱配位。Glu42与金属结合的不同可能是CfbA的镍和钴螯合酶反应的一个关键结构特征，这可能反映了Co²⁺和Ni²⁺的配位方式的不同对应它们有利的配位数和几何结构。

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进一步地，该研究尝试获得CfbA与Co²⁺催化的中间体，然而，依照获得Ni²⁺中间体的方法，并没有捕捉到Co²⁺插入SHC与CfbA的中间体，在CfbA的活性位点上观察到Co-SHC是Co²⁺在晶体中的插入反应生成的产物。

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最后，检测了CfbA对Ni²⁺和Co²⁺插入SHC反应的体外特异活性。结果显示，没有His-rich区域的Chimeric CfbA与CfbA一样，Co²⁺活性是Ni²⁺的十倍，表明His-rich区域不是重要的活性结构域。

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综上，推测了CfbA催化Ni²⁺插入SHC生成Ni-SHC的机理。

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参考文献：The nickel-sirohydrochlorin formation mechanism of the ancestralclass II chelatase CfbA in coenzyme F430 biosynthesis

Chem. Sci.

DOI：10.1039/d0sc05439a

原文作者：Takashi Fujishiro * and Shoko Ogawa