鉄硫黄クラスター

4Fe-4S補因子の合成類似体である[Fe 4 S 4 (SMe) 4 ] 2−の構造。[ 1 ]

鉄硫黄クラスターは、鉄と硫化物からなる分子集団です。鉄硫黄クラスターは、広く存在する鉄硫黄タンパク質の生物学的役割という文脈で最もよく議論されます。 [ 2 ]多くのFe-Sクラスターは、有機金属化学 の分野で、また生物学的クラスターの合成類似体の前駆体として知られています。最後の普遍的共通祖先は、多くの鉄硫黄クラスターを有していたと考えられています。 [ 3 ]

生物学では

鉄硫黄クラスターは多くの生物系に存在し、多くの場合、電子伝達タンパク質の構成要素として存在します。フェレドキシンタンパク質は、自然界で最も一般的な鉄硫黄タンパク質です。フェレドキシンタンパク質は、2Fe-2Sまたは4Fe-4S中心を有し、あらゆる生物種に存在します。[ 4 ]

Fe–Sクラスターは、Fe:Sの化学量論に基づいて[2Fe–2S]、[4Fe–3S]、[3Fe–4S]、[4Fe–4S]に分類されます。[ 5 ] [4Fe–4S]クラスターは、通常のフェレドキシンと高電位鉄タンパク質（HiPIP）の2つの形態で存在します。どちらも立方体構造をとりますが、異なる酸化状態を利用しています。これらはあらゆる生物に存在します。[ 6 ]

すべてのFe-Sタンパク質における関連する酸化還元対はFe(II)/Fe(III)である。[ 6 ]

実験室では、多くのクラスターが[Fe 4 S 4 (SR) 4 ] 2−という化学式で合成されており、多くのR置換基と多くの陽イオンを持つことが知られている。不完全なキュバン[Fe 3 S 4 (SR) 3 ] 3−を含む様々なバリエーションが合成されている。[ 7 ]

合成Fe-Sクラスター

[Fe 4 S 3 (NO) 7 ] −の水和アンモニウム塩の構造。

合成 Fe–S クラスターは、実験室で調製された配位化合物または鎖であり、多くの場合、生物学的 Fe–S クラスターの構造的、電子的、または化学的特性を模倣するように設計されます。

1858年に記述されたルーサンの黒色陰イオン[Fe 4 S 3 (NO) 7 ] −は、初めて合成されたFe-Sクラスターである。[ 8 ]これはC 3v対称性を持つ不完全キュバン型クラスターの形状をしている。錯体の暗い色は、いくつかの電荷移動相互作用に起因する。[ 9 ] 1970年代以降、このようなFe-Sクラスターが数多く記述されている。[ 10 ] [ 11 ] Fe-Sクラスターの重要な特性は、酸化還元を受ける能力である。

有機金属クラスター

有機金属Fe-Sクラスターには、化学式Fe 2 S 2 (CO) 6、H 2 Fe 3 S(CO) 9、Fe 3 S 2 (CO) 9で表される硫化カルボニル化合物が含まれる。また、(C 5 H 5 ) 4 Fe 4 S 4などのシクロペンタジエニル配位子を含む化合物も知られている。[ 12 ]

図. 合成されたFe–Sクラスターの例。左から右へ：Fe 3 S 2 (CO) 9、[Fe 3 S(CO) 9 ] 2−、(C 5 H 5 ) 4 Fe 4 S 4、[Fe 4 S 4 Cl 4 ] 2−。

無機材料

Fe(III)中心の無限鎖を特徴とするジチオ鉄酸カリウムの構造。

模型や人工タンパク質

Fe–S クラスターは、マケット (生物タンパク質から設計されたより小さな最小限の機能タンパク質) や人工タンパク質 (しばしば MAP と略される) に組み込むことができます。 Fe–S MAP の最初の例は、ルブレドキシンなどの天然に存在する鉄含有タンパク質を模倣する手段として、1970 年代初頭に登場しました。これらには [Fe(S-Cys) 4 ] モチーフが含まれていました。[ 10 ] [4Fe–4S] MAP のさらなる研究により、アンビドキシンの開発につながりました。これは、数百回の酸化還元サイクルを正常に実行できる、X-Cys-X 2 -Cys-X 2 -Cys-X 2 -Cys-X (X = Arg、Lys)という配列を持つ 12 個の残基からなるde novo マケットです。ただし、Fe–S MAP は、溶解度が低いことと、溶媒によって分解されやすい露出した Fe–S クラスター コアによって制限されます。[ 10 ] [ 11 ] [ 13 ]

参照

参考文献

  1. ^ Axel Kern; Christian Näther; Felix Studt; Felix Tuczek (2004). 「Fe/Mo−S/Se混合キュバンおよびヘテロキュバンクラスターへの普遍的力場の応用。1. [Fe 4 X 4 (YCH 3 ) 4 ] 2–系列における硫黄のセレン置換; X = S/SeおよびY = S/Se」. Inorg. Chem . 43 (16): 5003– 5010. doi : 10.1021/ic030347d . PMID  15285677 .
  2. ^ Lippard, SJおよびBerg, JM (1994). 「生無機化学の原理」. University Science Books: ミルバレー, CA. ISBN 0-935702-73-3。
  3. ^ Weiss, Madeline C., et al. (2016). 「最後の普遍的共通祖先の生理と生息地」 Nature Microbiology 1 (9): 1–8.
  4. ^ Johnson, DC; Dean, DR; Smith, AD; Johnson, MK (2005). 「生物学的鉄硫黄クラスターの構造、機能、および形成」. Annual Review of Biochemistry . 74 (1): 247– 281. doi : 10.1146/annurev.biochem.74.082803.133518 . PMID 15952888 . 
  5. ^ Lill, Roland (2015). 「鉄硫黄タンパク質の問題」 . Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Molecular Cell Research . 1853 ( 6): 1251– 1252. doi : 10.1016/j.bbamcr.2015.03.001 . PMC 5501863. PMID 25746719 .  
  6. ^ a b Fisher, N. (1998). 「[4Fe–4S]における分子内電子移動」. EMBOジャーナル: 849–858 .
  7. ^ Rao, PV; Holm, RH (2004). 「鉄硫黄タンパク質の活性部位の合成類似体」. Chem. Rev. 104 ( 2): 527─559. doi : 10.1021/Cr020615+ . PMID 14871134 . 
  8. ^バトラー、アンソニー・R. (1982年7月). 「化学者Z. ルッサン (1827-94)」.化学教育ジャーナル. 59 (7): 549. Bibcode : 1982JChEd..59..549B . doi : 10.1021/ed059p549 .
  9. ^ Jaworska, Maria; Stasicka, Zofia (2006年3月). 「ルーサン黒塩[Fe4S3(NO)7]−の構造とUV-vis分光法」. Journal of Molecular Structure . 785 ( 1–3 ): 68– 75. Bibcode : 2006JMoSt.785...68J . doi : 10.1016/j.molstruc.2005.09.030 .
  10. ^ a b c Boncella, Amy E.; Sabo, Emily T.; Santore, Robert M.; Carter, Jens; Whalen, Jaclyn; Hudspeth, Jesse D.; Morrison, Christine N. (2022-02-15). 「鉄硫黄クラスターの用途拡大：生物学、合成小分子、模型および人工タンパク質、生体模倣材料、そして治療戦略における機能的役割」 .錯体化学レビュー. 453 214229. doi : 10.1016/j.ccr.2021.214229 . ISSN 0010-8545 . 
  11. ^ a b Waser, Valerie; Ward, Thomas R. (2023-11-15). 「合成[Fe4S4]クラスターの水性安定性と酸化還元化学」 .配位化学レビュー. 495 215377. doi : 10.1016/j.ccr.2023.215377 . ISSN 0010-8545 . 
  12. ^萩野 浩; 猪股 誠; 飛田 秀次 (1998). 「生物学的鉄硫黄クラスター」. Chem. Rev. 98 ( 6): 2093– 2122. doi : 10.1021/cr940081f . PMID 11848961 . 
  13. ^ 「合成鉄硫黄クラスター」 . Mougel Group - バイオインスパイアード分子・材料. 2026年1月7日閲覧。
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