Energy extraction from air: structural basis of atmospheric hydrogen oxidation
Notice bibliographique
Résumé
Abstract Diverse aerobic bacteria use atmospheric H 2 as an energy source for growth and survival. This recently discovered yet globally significant process regulates the composition of the atmosphere, enhances soil biodiversity, and drives primary production in certain extreme environments. Atmospheric H 2 oxidation has been attributed to still uncharacterised members of the [NiFe]-hydrogenase superfamily. However, it is unresolved how these enzymes overcome the extraordinary catalytic challenge of selectively oxidizing picomolar levels of H 2 amid ambient levels of the catalytic poison O 2 , and how the derived electrons are transferred to the respiratory chain. Here we determined the 1.52 Å resolution CryoEM structure of the mycobacterial hydrogenase Huc and investigated its mechanism by integrating kinetics, electrochemistry, spectroscopy, mass spectrometry, and molecular dynamics simulations. Purified Huc is an oxygen-insensitive enzyme that couples the oxidation of atmospheric H 2 at its large subunit to the hydrogenation of the respiratory electron carrier menaquinone at its small subunit. The enzyme uses a narrow hydrophobic gas channel to selectively bind atmospheric H 2 at the expense of O 2 , while three [3Fe-4S] clusters and their unusual ligation by a D-histidine modulate the electrochemical properties of the enzyme such that atmospheric H 2 oxidation is energetically feasible. Huc forms an 833 kDa complex composed of an octamer of catalytic subunits around a membrane-associated central stalk, which extracts and transports menaquinone a remarkable 94 Å from the membrane, enabling its reduction. These findings provide a mechanistic basis for the biogeochemically and ecologically critical process of atmospheric H 2 oxidation. Through the first characterisation of a group 2 [NiFe]-hydrogenase, we also uncover a novel mode of energy coupling dependent on long-range quinone transport and pave way for the development of biocatalysts that oxidize H 2 in ambient air.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,002 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».