On the novel H2-activating iron-sulfur center of the “Fe-only” hydrogenases

Les deux hydrogénases (I et II) de la bactérie anaérobie fixatrice d'azote Clostridium pasteurianum (Cp) , ainsi que les hydrogénases des bactéries anaérobies Megasphaera elsdenii (Me) et Desulfovibrio vulgaris (souche Hildenborough, Dv ) contiennent des agrégats fer-soufre mais pas de nickel. Elles constituent les hydrogénases les plus actives connues. A l'état réduit, les quatre enzymes donnent des signaux RPE typiques d'agrégats [4Fe-4S] +1 mais à l'état oxydé de nouveaux signaux RPE sont observés. Par exemple, l'hydrogénase I de Cp donne un signal RPE rhombique aigu lorsqu'elle est oxydée dans des conditions douces, mais elle est inactivée par une suroxydation et produit alors un signal RPE axial. Un signal axial similaire est observé chez l'hydrogénase I légèrement oxydée après traitement au CO. La RPE, la spectroscopie Mössbauer et ENDOR indiquent que les signaux RPE de l'enzyme oxydé et de l'enzyme ayant fixé du CO proviennent d'un centre dont les atomes de fer sont couplés antiferromagnétiquement. Des études de dichroïsme circulaire magnétique (MCD) à basse température montrent qu'un centre Fe-S silencieux en RPE ayant un spin S > 1/2 est également présent dans l'hydrogénase I oxydée. A partir de l'ensemble des données spectroscopiques des hydrogénases de Cp, Dv et Me , on peut conclure que le site d'activation de H 2 des quatre enzymes est un nouveau centre Fe-S de spin entier positif qui, dans l'état oxydé, est couplé magnétiquement à une espèce de spin S=1/2. Les données concordent le mieux lorsque l'espèce S=1/2 est un centre Fe (III) à bas spin. Le site d'activation de H 2 peut subir des réarrangements par oxydation et donner aussi bien des états actifs qu'inactifs de l'enzyme. La discussion porte sur les implications éventuelles de ces observations sur la compréhension des processus d'oxydation des hydrogénases et sur la mise en œuvre des méthodes de purification couramment utilisées.