電子スピンエコーエコーエンベロープ変調分光法によって検出された弱く結合した窒素を介したリースケクラスターへの水素結合の識別

局所タンパク質環境からのロドバクタースパヘロイドのBC1複合体（14Nおよび15N）とのBC1複合体からの分離されたRISKEフラグメントの還元[2FE-2]クラスターの相互作用は、X帯およびSバンドパルスEPR分光法によって研究されています。均一に15N標識されたタンパク質の2次元電子スピンエコーエコーエンベロープ変調スペクトルは、2つの調整ndeltaの6-8 MHzの範囲での結合に加えて、約0.3-0.4および1.1 MHzの弱いカップリングを備えた2つのよく分解されたクロスピークを示します。ヒスチジンリガンドの。Sバンド電子スピンエコーエコーエンベロープ変調スペクトルから決定された弱く結合した窒素の四重極カップリング定数は、それぞれヒスチジンリガンドとペプチド窒素（NP）のネプシロンとしてそれらを識別します。方向選択されたSバンドスペクトルのライン強度の分析により、NPはLEU-132残基のバックボーンN原子であることが示されました。NepsilonとNPからのハイパーファインカップリングは、窒素の2S軌道への対応のないスピン密度の移動に起因する主に等方性特性を示しています。スペクトルはまた、タンパク質環境の他のペプチド窒素が、LEU-132残基のNPよりも5〜10倍少量のスピン密度を持たなければならないことを示しています。LEU-132残基のNP上の過剰な対応のないスピン密度の出現は、Rieskeクラスターの架橋硫黄との水素結合形成への関与を示しています。したがって、水素結合の構成は、スピン密度伝達の優先パスを提供します。他のRieske型タンパク質の15Nスペクトルにおける同様の分裂の観察と[2FE-2S]フェレドキシンは、ブリッジング硫黄とペプチド窒素の間の水素結合が[2FE-2S]クラスターの一般的な構造的特徴であることを示唆しています。

The interaction of the reduced[2Fe-2S] cluster of isolated Rieske fragment from the bc1 complex of Rhodobacter sphaeroides with nitrogens (14N and 15N) from the local protein environment has been studied by X- and S-band pulsed EPR spectroscopy. The two-dimensional electron spin echo envelope modulation spectra of uniformly 15N-labeled protein show two well resolved cross-peaks with weak couplings of approximately 0.3-0.4 and 1.1 MHz in addition to couplings in the range of 6-8 MHz from two coordinating Ndelta of histidine ligands. The quadrupole coupling constants for weakly coupled nitrogens determined from S-band electron spin echo envelope modulation spectra identify them as Nepsilon of histidine ligands and peptide nitrogen (Np), respectively. Analysis of the line intensities in orientation-selected S-band spectra indicated that Np is the backbone N-atom of Leu-132 residue. The hyperfine couplings from Nepsilon and Np demonstrate the predominantly isotropic character resulting from the transfer of unpaired spin density onto the 2s orbitals of the nitrogens. Spectra also show that other peptide nitrogens in the protein environment must carry a 5-10 times smaller amount of spin density than the Np of Leu-132 residue. The appearance of the excess unpaired spin density on the Np of Leu-132 residue indicates its involvement in hydrogen bond formation with the bridging sulfur of the Rieske cluster. The configuration of the hydrogen bond therefore provides a preferred path for spin density transfer. Observation of similar splittings in the 15N spectra of other Rieske-type proteins and [2Fe-2S] ferredoxins suggests that a hydrogen bond between the bridging sulfur and peptide nitrogen is a common structural feature of [2Fe-2S] clusters.