Kinetic Modeling of Hydrogen Conversion at [Fe] Hydrogenase Active-Site Models

作者
Arndt Robert Finkelmann,Martin Tillmann Stiebritz,Markus Reiher
出处
期刊:Journal of Physical Chemistry B [American Chemical Society]
卷期号:117 (17): 4806-4817 被引量:25
标识
DOI:10.1021/jp312662y
摘要

By means of density functional theory, we investigate the catalytic cycle of active-site model complexes of [Fe] hydrogenase and study how ligand substitutions in the first coordination sphere of the reactive Fe center affect the free-energy surface of the whole reaction pathway. Interestingly, dispersion interactions between the active site and the hydride acceptor MPT render the hydride transfer step less endergonic and lower its barrier. Substitution of CO by CN(-), which resembles [FeFe] hydrogenase-like coordination, inverts the elementary steps H(-) transfer and H2 cleavage. A simplified kinetic model reveals the specifics of the interplay between active-site composition and catalysis. Apparently, the catalytic efficiency of [Fe] hydrogenase can be attributed to a flat energy profile throughout the catalytic cycle. Intermediates that are too stable, as they occur, e.g., when one CO ligand is substituted by CN(-), significantly slow down the turnover rate of the enzyme. The catalytic activity of the wild-type form of the active-site model could, however, be enhanced by a PH3 ligand substitution of the CO ligand.

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