金黄色葡萄球菌过硫化物二加氧酶CstB的晶体结构及其催化机制研究

《Communications Chemistry》：Self-S-sulfonation in a bacterial persulfide dioxygenase mediates thiol persulfide detoxification

　　

摘要

过硫化物二加氧酶（PDOs）是一类普遍存在的非血红素Fe(II)酶，能够对硫化氢（H₂S）中毒提供保护。人类中的PDO是一种单结构域酶，而细菌中的PDO（如金黄色葡萄球菌Staphylococcus aureus中的CstB）通常与硫转移酶（rhodanese/黄原酶）融合。经典PDO通过裂解谷胱甘肽过硫化物（GSSH）的S-S键，生成GSH和亚硫酸盐。与之相反，CstB将两种硫醇过硫化物（RSSH）转化为硫代硫酸盐，且不释放亚硫酸盐。金黄色葡萄球菌CstB的晶体结构揭示，CstB特有的动态环中的Cys-Gly序列（C201-G202）发挥谷胱甘肽类似物的功能，占据半面八面体Fe(II)配位位点的其中一个面。我们证实该环沿反应途径促进三种不同的化学转化：(i) 将过硫化物硫原子从RSSH底物转移至C201，(ii) Fe(II)和O₂依赖地将C201上的过硫化物氧化为S-磺酸酯，以及(iii) 黄原酶依赖地将S-磺酸酯转化为硫代硫酸盐。黄原酶的活性位点半胱氨酸距离PDO结构域中的Fe(II)活性位点约27 ?，分子动力学模拟表明S-磺酸酯在两个活性位点之间存在长距离穿梭。自身S-磺化使酶对小分子过硫化物具有广谱底物耐受性，从而确保快速清除各种活性硫物种，使金黄色葡萄球菌能够利用其细胞保护效应，同时避免细胞毒性。