鉄硫黄クラスターを含む生体分子のSITE例

◆ 鉄硫黄クラスターを含む生体分子のSITE例 ◆
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→ バイオミネラルとして鉄Feを含むPDBデータ1TKPのSITE例｜光合成光化学反応中心を含む生体分子のSITE例 ←
※鉄硫黄クラスター内の不要な結合も表示されますのでご注意ください。

複数のクラスターの同時表示例｜ 4Fe-4Sクラスター｜ 2Fe-2Sクラスター｜ 3Fe-4Sクラスター｜ 4Fe-3Sクラスター
 8Fe-7Sクラスターほか（Fe・S以外の元素含むものも）｜その他（鉄硫黄クラスター以外も含むデータ例） ∥ 文献・参考ページ（ニュース例）

【はじめに】複数のクラスターの同時表示例　　※初期表示はPDBデータ2wqyより（ Fe₂S₂，Fe₄S₄，Fe₃S₄ を含む）

2wqyのA-D鎖より（コハク酸デヒドロゲナーゼ，シトクロムb；Fe₂S₂，Fe₄S₄，Fe₃S₄のデータをまとめたもの）
8gs8のChain B（ヒトの呼吸複合体II中のコハク酸デヒドロゲナーゼの鉄硫黄クラスターサブユニット）　同PDBsumデータ8gs8_FES-SF4-F3S（鉄硫黄クラスター3つの結合構造）$　I'/O' = 0.840
7zxc（一酸化炭素デヒドロゲナーゼ）　　WCC（Fe₃NiS₄クラスター）選択　同PDBsumデータ7zxc_WCC_lp$ ［Carbon monoxide dehydrogenase - Wikipedia］
6f0k（オルタナティブ複合体III）　Chain B選択　同PDBsumデータ6f0k_F3S1101B-SF41102B~1104B（鉄硫黄クラスター4つの結合構造）$　→ Jmolトピック
ニッケル-鉄ヒドロゲナーゼ5xvdのPDBsumデータ8JU-SF4-F3S-NFV-MG（3つの鉄硫黄クラスター〈1つはFe₄-S₄-O〉・Ni-Fe活性中心・Mgイオン）$　→ Jmolトピック
※参考構造例
黄鉄鉱（pyrite；FeS₂）部分構造　…Pyrite – Virtual Museum of Molecules and Mineralsのデータを加工｜ Fe₂S₂・Fe₄S₄・Fe₃S₄（以上2wqyより），Fe₈S₇（3minより），黄鉄鉱（pyrite）部分構造の同時表示　→ 2014年は世界結晶年！

バックボーン　二次構造
全選択　タンパク質選択　リガンド選択　　HB選択（$印のみ）
空間充填　球棒　球60％　スティック　針金　消去
アミノ色　Chain色　CPK色　∥　Jmol色　Rasmol色

酸性・中性・塩基性区別　極性・非極性区別
疎水性インデックス順　I/O値順（特性基 R）　等電点順
コンホメーション選択性（αヘリックス・βストランド）
水素結合表示
　
　　
背景・黒　灰　白　紺

［左］2wqyのA-D鎖より（左側からFe₃S₄，Fe₄S₄，Fe₂S₂）
［右］6f0kの4つの鉄硫黄クラスターのPDBsumデータ結合構造と当該論文のFig.7

ヒトの呼吸複合体II中のコハク酸デヒドロゲナーゼの鉄硫黄クラスターサブユニット8gs8 Chain Bの鉄硫黄クラスター3つの結合構造

一酸化炭素デヒドロゲナーゼ7zxcとそのPDBsumデータ（Fe₃NiS₄クラスター＋Fe³⁺）

ニッケル-鉄ヒドロゲナーゼ5xvdの3つの鉄硫黄クラスター・Ni-Fe活性中心・MgイオンについてのPDBsumデータ（NiFe hydrogenase - Wikipedia中の図と並べて）

●4Fe-4Sクラスター（ Fe₄S₄ ）　※初期表示はPDBデータ1jb0より

1jb0_SF4（光合成，光化学系I）　I'/O' = 0.662　→ 今月の分子 No.22 - 光化学系I（PDBj）
3pcq_SF4（光合成，光化学系I）　I'/O' = 0.662　→ Nature 今週のハイライト（2011/02）
7dr0_SF4[846(A)]（光合成，光化学系I）　I'/O' = 0.569　→ 岡山大学プレスリリース（2022/03/31）
2b3y_SF4（アコニターゼ）　I'/O' = 1.038　→ 今月の分子 No.89 - アコニターゼと鉄制御蛋白質1（PDBj）
1n2c_SF4（ニトロゲナーゼ） I'/O' = 0.121　→ 今月の分子 No.26 - ニトロゲナーゼ（PDBj）
3aek_SF4（プロトクロロフィリドレダクターゼ）　I'/O' = 1.286
3aeq_SF4（プロトクロロフィリドレダクターゼ）　I'/O' = 1.039
3a38_SF4_h（高電位鉄イオウタンパク質；PDBsumデータにH原子追加）　I'/O' = 0.379
5d8v_SF4（高電位鉄イオウタンパク質）　I'/O' = 0.379
5b4e_SF4（鉄硫黄クラスタータンパク質TtuA）　I'/O' = 1.100　→ Jmolトピック
4hea_SF4[501(1)] （呼吸鎖の複合体I；他にSF4が6データ）　I'/O' = 0.514　→ Jmolトピック
1vjw_SF4（フェレドキシン）　I'/O' = 0.365　→ Jmolトピック
8d8lのChain 0（ミトリボソーム小サブユニット）　8d8l_SF4　I'/O' = 0.333　→ Nature ハイライト（2020/02/02）
8ebs_SF4（DNA損傷認識複合体）　I'/O' = 0.524　→ Nature ハイライト（2023/05/04）
◆Fe₄S₄以外の原子団も含むクラスター
4xdc_SF4[602(A)] （[FeFe]-ヒドロゲナーゼ）　H-cluster選択

*1 日本化学会「化学と工業」，2014年1号（特集：世界結晶年（IYCr2014）によせて）のp.23図3該当データ（Journal of Structural Biologyの原報参照）

好熱性シアノバクテリアBP-1の光合成光化学系Iの構造3pcqの36量体（Chain A-M・X×3）
※Nature 今週のハイライト（2011/02）参照；全体構造はJmolトピックに掲載

左から 1jb0，8ebs

4xdcのH-cluster（Cys・MetのS原子を黄色球表示；Nature Reviews Chemistry論文ほか参照）

8d8lのChain 0とそのPDBsumデータ（ミトリボソーム小サブユニット；Nature ハイライト（2020/02/02）参照）

●2Fe-2Sクラスター（ Fe₂S₂ ）　※初期表示はPDBデータ2xrxより

2xrx_FES（ビフェニルジオキシゲナーゼ）　I'/O' = 1.157
2xsh_FES （ビフェニルジオキシゲナーゼ）　I'/O' = 1.403
2hmk_FES （ナフタレンジオキシゲナーゼ）　I'/O' = 1.146
1bcc_FES （オキシドレダクターゼ，シトクロムbc1）　I'/O' = 0.988

【注】ビフェニルジオキシゲナーゼ（ビフェニル分解酵素，PCB分解酵素）の2xrx中にはビフェニル，2xsh中には2,6-ジクロロビフェニル（PCBの一種）が含まれており，そちらについては以下のページにデータ掲載。

PDBsumのLigand-SITE情報と有機性・無機性｜バイオレメディエーションとファイトレメディエーション

●3Fe-4Sクラスター（ Fe₃S₄ ）　※初期表示はPDBデータ1qlbより

1qlb_F3S（オキシドレダクターゼ）　I'/O' = 0.434
2wqy_F3S（コハク酸デヒドロゲナーゼ，シトクロムb）　I'/O' = 0.961
7yw6_F3S（[NiFe]-ヒドロゲナーゼ）　I'/O' = 0.913
8xcmのChain A（フルクトースデヒドロゲナーゼ）　同PDBsumデータ 8xcm_F3S$　I'/O' = 1.556 ｜参考：同PDBsumデータ 8xcm_FAD$　(I'/O' = 1.223)　→ Jmolトピック

※2wqyは他に4Fe-4Sクラスター，2Fe-2Sクラスターも含む。

[NiFe]-ヒドロゲナーゼ7yw6のPDBsumデータ

フルクトースデヒドロゲナーゼ8xcmのChain AとそのPDBsumデータ
→ Jmolトピック

●4Fe-3Sクラスター（ Fe₄S₃ ）

酸素耐性膜結合型[NiFe]ヒドロゲナーゼの構造3ayx（H₂還元状態）；初期表示
※SPring-8プレスリリース（2011/10/17）参照

3ayx ｜ 3ayx_F4S（[NiFe]ヒドロゲナーゼ；H₂-reduced condition）　I'/O' = 0.762
3ayy_SF3（[NiFe]ヒドロゲナーゼ；ferricyanide-oxidized condition）　I'/O' = 1.306

バックボーン　二次構造
全選択　タンパク質選択　リガンド選択　　HB選択（$印のみ）

空間充填　球棒　球60％　スティック　針金
アミノ色　Chain色　CPK色　∥　Jmol色　Rasmol色

酸性・中性・塩基性区別　極性・非極性区別
疎水性インデックス順　I/O値順（特性基 R）　等電点順
コンホメーション選択性（αヘリックス・βストランド）
水素結合（太）　OFF
　
　

背景・黒　灰　白　紺

3ayx

〔左〕3ayx_F4S，〔右〕3ayy_SF3

●8Fe-7Sクラスター（ Fe₈S₇ ）ほか；Fe・S以外の元素含むクラスターも

ニトロゲナーゼの構造3min（[MoFe]コファクター，Pファクター含む）ほか；初期表示　→ ニトロゲナーゼ（窒素から見る生命の世界）
※日本化学会編，「人工光合成と有機系太陽電池　最新の技術とその研究開発」，化学同人(2010)参照（口絵，pp.61-62）
※ニトロゲナーゼ - Wikipedia

3min（ニトロゲナーゼの構造；[MoFe]コファクター，Pファクター含む）｜ 3min_CLF（8Fe-7Sクラスター〈Pファクター〉）　I'/O' = 0.801
5n6y（バナジウムニトロゲナーゼ；CFe₇S₈Vクラスター含む）　V（バナジウム）選択｜ 5n6y_HCA-8P8-CO3（CFe₇S₈V [8P8]にHCA，CO₃結合）　（I'/O' = 0.876）
3min_HCA-CFM（[MoFe]コファクター；HCA含む）　（I'/O' = 1.090）
4tku（ニトロゲナーゼの構造；MoFe₇S₉C；HCA含む）　ICS（MoFe₇S₉C）選択｜　4tku_ICS　（I'/O' = 0.973）　→ Jmolトピック（4tkv/4tkuについて）
3u7q_ICS（MoFe₇S₉C；HCA含む）　（I'/O' = 0.973）
5bvh_ICH（CFe₇MoS₆Se₃；HCA含む）　（I'/O' = 1.086）
4xpi_1CL（8Fe-7Sクラスター；酸化型）　I'/O' = 0.868
3pdi_CZL（Fe₈H₆S₉）　I'/O' = 2.633
5xvd_8JU（Fe₄-S₄-O）　I'/O' = 1.374　→ Jmolトピック
6elq_BF8[702(X)]（Fe₄NiOS₄）　I'/O' = 0.886　→ Jmolトピック
6rtp（[NiFeSe]ヒドロゲナーゼ；Fe₄O₂S₄含む；他にFe₄S₄クラスター）　6ML（Fe₄O₂S₄）選択　SF4（Fe₄S₄クラスター）選択　6rtp_6ML　I'/O' = 0.930 ｜ 6ru9_6ML　I'/O' = 0.500 ｜ 6ruc_6ML　I'/O' = 0.968
6h63のChain A（[FeFe]ヒドロゲナーゼ；C₇H₄Fe₂N₂O₃S₂含む；他にFe₂S₂・Fe₄S₄クラスター）　FU8（C₇H₄Fe₂N₂O₃S₂）選択　FES（Fe₂S₂クラスター）選択　SF4（Fe₄S₄クラスター）選択｜ 6h63_FU8　I'/O' = 0.615

［左・中］ニトロゲナーゼ4tkuとそのPDBsumデータ
［右］5cx1のPDBsumデータ（CFe₇MoS₉クラスター，化学同人「星屑から生まれた世界」p.212 図8.3ではMoNFe₈S₁₁クラスター）；写真の3Dプリンタ模型ははCFe₇MoS₈クラスター）
※Nature論文（2022/07/06），京都大学プレスリリース参照

［左］4tkv/4tkuのPDBsumデータ（Jmolトピック）
［右］ニトロゲナーゼ3u7qのMoFe₇S₉Cクラスター（HCA含む）のPDBsumデータ

Jmolトピック（5bvhについて）

4xpiについてはBiochemistry（2015/04/01）参照

Jmolトピック（6elqについて）

Jmolトピック（5xvdについて）

●その他（鉄硫黄クラスター以外も含むデータ例）

Ni-Feヒドロゲナーゼの構造3myrのChain A・B；初期表示
※ヒドロゲナーゼ酵素活性中心の振動状態の観察に成功　-持続可能な水素社会の実現に向けての研究に新たな切り口-（SPring-8，2012/11/29）の関連データ

3myrのChain A・B（Ni-Feヒドロゲナーゼの構造）｜ 3myr_SF4（4Fe-4Sクラスター）　I'/O' = 1.387
3myr_F3S（3Fe-4Sクラスター）　I'/O' = 0.843
6o7s_LPJ（6Fe-7Sクラスター）　I'/O' = 0.625　→ Jmolトピック
3myr_NFV（[Ni-Fe]活性中心）　I'/O' = 0.742

●アミノ色表示の凡例
ASP　GLU　CYS　MET　LYS　ARG　SER　THR　PHE　TYR　ASN　GLN　GLY　LEU　VAL　ILE　ALA　TRP　HIS　PRO
●酸性・中性〈芳香族〉・塩基性アミノ酸区別表示の凡例
ASP　GLU　GLY　ALA　VAL　LEU　ILE　CYS　SER　THR　ASN　GLN　PRO　MET　PHE　TYR　TRP　LYS　ARG　HIS
●極性〈酸性・塩基性〉・非極性（疎水性）アミノ酸区別
SER　THR　TYR　CYS　ASN　GLN　ASP　GLU　LYS　ARG　HIS　GLY　ALA　VAL　LEU　ILE　PHE　PRO　MET　TRP
●疎水性インデックス順
ARG　LYS　ASN　ASP　GLN　GLU　HIS　PRO　TYR　TRP　SER　THR　GLY　ALA　MET　CYS　PHE　LEU　VAL　ILE
●有機概念図I/O値順（特性基 R）
ASN　SER　ASP　GLN　GLU　THR　ARG　HIS　GLY　LYS　TYR　TRP　CYS　MET　PRO　PHE　ALA　VAL　LEU　ILE
●等電点順
ASP　GLU　CYS　ASN　PHE　GLN　TYR　SER　MET　TRP　VAL　GLY　LEU　ALA　ILE　THR　PRO　HIS　LYS　ARG

【参考】

園池公毅，「光合成とはなにか　生命システムを支える力」，講談社ブルーバックス(2008)
ニック・レーン著，斉藤隆央訳，「生命の跳躍　進化の10大発明」，みすず書房(2010)
ニック・レーン著，斉藤隆央訳，「生命、エネルギー、進化」，p.121，みすず書房(2016)
長沼毅・井田茂，「地球外生命　われわれは孤独か」，岩波新書(2014)　※p.51“パイライト仮説”など。
新刊：中村春木編，「見てわかる構造生命科学　生命科学研究へのタンパク質構造の利用」，化学同人(2014)　※pp.107-122が鉄-硫黄タンパク質。
加藤博明・近松信一・高橋由雅・阿部英次，『グリシンフィルタ縮約表現に基づくタンパク質三次元構造データマイニング』，Journal of Computer Chemistry, Japan, Vol. 4, No. 2 (2005)
鉄硫黄クラスターの合成マシーナリー（大阪大学・福山恵一研究室）｜鉄硫黄クラスター生合成に関わる多成分酵素マシナリー（Kei Wada Research Pages）
今月の分子（PDBj）より
Wikipedia - 鉄・硫黄クラスター｜鉄硫黄タンパク質｜プロトクロロフィリドレダクターゼ ∥ Rieske protein
Library of Inorgainc Structures - Fe（Chemistry, Structures & 3D Molecules @ 3Dchem.com）
ニュース例
- New insights into the oxidation process from neutron and X-ray crystal structures of an O₂-sensitive [NiFe]-hydrogenase（Chemical Science，2023/08/11） [NEW!]　※2023/08/23公開7yw6（上掲）
- Structure of the human respiratory complex II（PNAS，2023/04/25） [NEW!]　※2023/05/10公開8gs8（上掲）
  - 今月の分子 273: 呼吸超複合体（Respiratory Supercomplex）（PDBj，2022/09）｜ Molecule of the Month（PDB）
- Substrate Activation at the Ni,Fe Cluster of CO Dehydrogenases: The Influence of the Protein Matrix（ACS Catalysis，2022/12/20）　※2023/03/15公開7zx5・7zx6・7zxc（上掲）・7zxj・7zy1
  - 構造生物学：真核生物のミトリボソーム小サブユニットの組み立て過程（Nature ハイライト，2023/02/02）
- Membrane-anchored HDCR nanowires drive hydrogen-powered CO₂ fixation（Nature，2022/07/20）　※邦題『生化学：膜に係留されたHDCRナノワイヤーは水素を原動力とするCO2固定を推進する』（Nature Japan v607 n7920），2022/07/06公開7qv7　→ Jmolトピック
- 酵素を模倣した金属-硫黄化合物により窒素還元反応を実現　―持続可能社会に寄与するエネルギー変換に向けた第一歩―（京都大学，2022/07/07）
  - Nitrogen reduction by the Fe sites of synthetic [Mo₃S₄Fe] cubes（Nature，2022/07/06）　※“[MoFe₇S₉C]”を含むPDBデータ例として4tkuを上掲。
  - 二核錯体による窒素固定～世界初の触媒作用実現～（Chem-Station，2022/08/17）
- Mechanism of mitoribosomal small subunit biogenesis and preinitiation（Nature，2022/06/08）　※2022/06/15公開PDBデータ7pnt～7po4　→ Jmolトピック
  - 構造生物学：ミトリボソームの組み立て過程（Nature ハイライト，2022/06/16）
- ニトロゲナーゼ活性中心への硫黄原子導入過程の解析　-窒素固定を支える含硫黄小分子の発見-（京都大学，2021/11/18）　※引用PDBデータ4wzb・3u7q（上掲）
  - Tracing the incorporation of the “ninth sulfur” into the nitrogenase cofactor precursor with selenite and tellurite（Nature Chemistry，2021/10/11）
- Bioassembly of complex iron-sulfur enzymes: hydrogenases and nitrogenases（Nature Reviews Chemistry，2020/07/22）　※“Fig. 1: The [FeFe] hydrogenase H-cluster and its biosynthetic origins.”のクラスター構造例として4xdc，下記論文参照
  - A structural view of synthetic cofactor integration into [FeFe]-hydrogenases（Chemical Science，2016/01/26）
  - [FeFe]-hydrogenase maturation: H-cluster assembly intermediates tracked by electron paramagnetic resonance, infrared, and X-ray absorption spectroscopy（Journal of Biological Inorganic Chemistry，2020/07/13）
- 金属タンパク質の活性発現に必要な一酸化炭素を生合成する仕組み（SPring-8，2019/11/07）　→ Jmolトピック
- Geometry of the Catalytic Active Site in [FeFe]-Hydrogenase Is Determined by Hydrogen Bonding and Proton Transfer（Acs Catalysis，2019/08/29）　※2019/09/18公開データ6h63（上掲）
- A Hydrophilic Channel Is Involved in Oxidative Inactivation of a [NiFeSe] Hydrogenase（Acs Catalysis，2019/08/05）　※2019/09/04公開データ6rtp（上掲）・6ru9・6ruc
- 研究室に行ってみた。東京工業大学宇宙生物学　藤島皓介（ナショナルジオグラフィック）｜第3回「生命が始まる最初の瞬間」を再現したい（2019/03/06）　※“「鉄・硫黄タンパク質」の起源を問う壮大な意図”。
- NASA Funds Rutgers Scientists’ Pursuit of the Origins of Life（Rutgers Today，2018/06/04）
- Ambient conversion of CO₂ to hydrocarbons by biogenic and synthetic [Fe₄S₄] clusters（Nature Catalysis，2018/05/28）
- 分子版「ジュラシック・パーク」の世界（藤崎慎吾）（4/4）（ブルーバックス，2018/05/31）　※“システインが鉱物の表面から生命を解き放った”。
- システインから無機硫黄を取り出す酵素反応の瞬間を捉える！　－亜鉛の化学結合を鍵とするユニークな硫黄代謝機構を解明－（埼玉大学，2017/12/15）
- 世界初：哺乳類における「硫黄呼吸」を発見 - 酸素に依存しないエネルギー代謝のメカニズムを解明 -（東北大学，2017/10/30）
  - Cysteinyl-tRNA synthetase governs cysteine polysulfidation and mitochondrial bioenergetics（Nature Communications，2017/10/27）　→ Jmolトピック（生体内の硫黄原子利用例として鉄硫黄クラスターに言及。1li5・1u0bをドッキング計算に利用）
  - 硫黄呼吸：哺乳類も　ヒト生命維持に不可欠（毎日，2017/10/27）
- Accumulating the hydride state in the catalytic cycle of [FeFe]-hydrogenases（Nature Communications，2017/07/19）　※PDBデータ5LA3
- The structure of vanadium nitrogenase reveals an unusual bridging ligand（Nature Communications，2017/07/10）　※PDBデータ5N6Y（上掲）　［Vanadium nitrogenase - Wikipedia］
- 細胞内における硫黄修飾の新たな反応機構を解明　－ミトコンドリア機能制御の研究に手がかり－（産総研，2017/04/25）　※PDBデータ5B4E（上掲）・5B4F（未公開）・5GHA　→ Jmolトピック
  - Biochemical and structural characterization of oxygen-sensitive 2-thiouridine synthesis catalyzed by an iron-sulfur protein TtuA（PNAS，2017/04/21）
- 酸素耐性膜結合型[NiFe]ヒドロゲナーゼのX線結晶構造解析－水素エネルギー利用に向けた基礎科学研究－（SPring-8，2011/10/17）　※PDBデータ3AYX（上掲）・3AYY・3AYZ
  - Structural basis for a [4Fe-3S] cluster in the oxygen-tolerant membrane-bound [NiFe]-hydrogenase（Nature，2011/10/16）
  - 水素分解酵素の構造解明＝燃料電池開発へ応用期待―兵庫県立大（朝日，2011/10/17）
- Nature姉妹誌注目のハイライト： 34億年前の硫黄代謝微生物（Nature，2011/08/22）
- Nature 今週のハイライト：構造生物学：LCLSのX線レーザーによる生体分子画像化（Nature，2011/02/04）
- 一酸化窒素が免疫反応に関わる過程を原子レベルで解明　－効果の高い抗菌薬の開発につながるものと期待－（SPring-8，2010/11/30）
- 暗い所でも葉緑素作るたんぱく質　名大などが構造解析（朝日，2010/04/19）
  - X-ray crystal structure of the light-independent protochlorophyllide reductase（Nature，2010/04/18）　※PDBデータ：3AEK，3AEQ～3AEU
  - ＜藤田准教授の研究紹介＞

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