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2026-03-31T19:19:32Z

HC: Entferne Kategorie:Porphyrinkomplex; Ergänze Kategorie:Metallkomplexfarbstoff

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{{Dieser Artikel|behandelt den biologischen Faktor F430. Für den Sportwagen siehe [[Ferrari F430]].}}
{{Infobox Chemikalie
| Strukturformel = [[Datei:Coenzyme F430.svg|290px|alt=|Struktur von F430]]
| Andere Namen =
* Koenzym F430
* Kofaktor F430
| Summenformel = C42H51N6NiO13−
| CAS = {{CASRN|73145-13-8}}
| EG-Nummer =
| ECHA-ID =
| PubChem = 5460020
| ChemSpider = 4573710
| Beschreibung =
| Molare Masse = 906,6 g·[[mol]]−1
| Aggregat =
| Dichte =
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| Löslichkeit =
| Quelle GHS-Kz = NV
| GHS-Piktogramme = {{GHS-Piktogramme|/}}
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| Quelle P =
}}

Der [[Koenzym|Kofaktor]] '''F430''', auch F430, ist die prosthetische Gruppe des Enzyms [[Methyl-Coenzym-M-Reduktase]]. Seinem [[Absorption (Physik)|Absorptionsmaximum]] bei λmax = 430 nm verdankt er den Namen. Der Kofaktor kommt ausschließlich in methanogenen [[Archaeen]] vor.

== Entdeckung ==
F430 wurde 1977 von Jean LeGall als gelbe Komponente in Zellextrakten von ''Methanobacterium thermoautotrophicum'' entdeckt. Wegen seiner starken Absorption bei λmax = 430 nm wurde er Faktor F430 bezeichnet.<ref>R. P. Gunsalus, R. S. Wolfe: ''Chromophoric factors F342 and F430 of Methanobacterium thermoautotrophicum.'' In: ''[[FEMS Microbiol. Lett.]]'' 1978, 3 (4), S. 191–193, [[doi:10.1111/j.1574-6968.1978.tb01916.x]]</ref> Die 1980 von Thauer und Mitarbeitern vorgeschlagene [[Tetrapyrrol]]-ähnliche Struktur wurde schließlich durch NMR-Studien verifiziert.<ref>D. A. Livingston et al.: ''Zur Kenntnis des Faktors F430 aus methanogenen Bakterien: Struktur des proteinfreien Faktors.'' In: ''[[Helv. Chim. Acta]].'' 1984, 67 (1), S. 334–351, [[doi:10.1002/hlca.19840670141]]</ref>

== Vorkommen ==
Obwohl der Kofaktor F430 in seinem Aufbau anderen Tetrapyrrolen ähnelt, wurde er nur in methanogenen Archaeen nachgewiesen.<ref>G. Diekert et al.: ''Nickel requirement and factor F430 content of methanogenic bacteria.'' In: ''[[Journal of Bacteriology]]'' 1981, 148 (2), S. 459–464, PMID 7298577, [http://jb.asm.org/cgi/reprint/148/2/459.pdf PDF] (freier Volltextzugriff, engl.)</ref> In jenen dient er ausschließlich als prosthetische Gruppe des Enzyms [[Methyl-Coenzym-M-Reduktase]] (MCR).

== Chemische Eigenschaften ==
F430 erinnert seiner Struktur nach einem Tetrapyrrolring und ähnelt den [[Porphyrine]]n bzw. [[Corrin]]en. Der Chromophor ist ein Tetrahydro-Derivat des sogenannten Corphins. Das Ringsystem in F430 hat insgesamt nur fünf [[Doppelbindungen]] und ist damit der am stärksten reduzierte Tetrapyrrolring in der Natur. Durch den Mangel an [[Konjugation (Chemie)|konjugierten]] Doppelbindungen ist es im Gegensatz zum ungesättigteren Tetrapyrrolen (beispielsweise dem roten [[Häm]]) gelb. Darüber hinaus ist das Ringsystem durch zwei angeknüpfte Ringe vergrößert.

Bislang ist es der einzige Abkömmling eines Tetrapyrrolsystems, das ein [[Nickel]]ion enthält. Dieses liegt als Ni(I) vor und ist [[paramagnetisch]].
Der Kofaktor kann durch [[Denaturierung (Biochemie)|Denaturieren]] der MCR mittels Säuren isoliert werden. Isoliertes F430 ist thermisch instabil und [[Sauerstoff]]-sensitiv.<ref>A. Ghosh et al.: ''Deconstructing F430: quantum chemical perspectives of biological methanogenesis.'' In: ''Curr Opin Chem Biol.'' 2001, 5 (6), S. 744–750, PMID 11738187.</ref>

[[Datei:F430 alternative.svg|mini|170px|Variante des Cofaktors F430: (172''S'')-172-Methylthio-Coenzym F430.]]

Es wurde eine Variante des Cofaktors F430 entdeckt, die am C172-Atom durch eine Methylthio-Gruppe modifiziert ist (siehe Bild).<ref>S. Mayr et al.: ''Structure of an F430 variant from archaea associated with anaerobic oxidation of methane.'' In: ''[[J. Am. Chem. Soc.]]'' 2008, 130 (32), S. 10758–10767, PMID 18642902, [[doi:10.1021/ja802929z]].</ref> Diese Variante hat aber anscheinend keine Auswirkung auf das Nickelatom im Zentrum, das für die Funktion des Cofaktors essentiell ist. Warum diese Variante so modifiziert ist, steht noch zur Diskussion. Weitere Varianten und Modifikationen hat man in anderen methanogenen und anaeroben methanotrophen [[Archaeen]] nachgewiesen.<ref>KD. Allen et al.: ''Discovery of multiple modified F(430) coenzymes in methanogens and anaerobic methanotrophic archaea suggests possible new roles for F(430) in nature.'' In: ''Appl Environ Microbiol.'', 2014, 80(20), S. 6403–6412. [[doi:10.1128/AEM.02202-14]]; PMID 25107965</ref>

== Bedeutung ==
Der Kofaktor ist die [[prosthetische Gruppe]] des Enzyms [[Methyl-Coenzym-M-Reduktase]] (MCR). Jedes Enzym enthält zwei nicht [[kovalent]] gebundene F430. MCR katalysiert den letzten Schritt der [[Methanogenese]], bei der [[Methan]] freigesetzt wird und ein Disulfidkomplex aus Coenzym M (CoM) und [[Coenzym B]] (CoB) entsteht:

:<math> \mathrm{CH_3{-}S{-}CoM + HS{-}CoB \rightarrow\ CH_4 + CoB{-}S{-}S{-}CoM} </math>

Der genaue Mechanismus ist noch nicht aufgeklärt. Es ist dabei auch unklar, ob infolge der Katalyse Ni(III) gebildet werden kann.<ref>U. Ermler: ''On the mechanism of methyl-coenzyme M reductase.'' In: ''[[J. Chem. Soc., Dalton Trans.]]'' 2005, 21, S. 345–348, PMID 16234924, [http://www.rsc.org/delivery/_ArticleLinking/DisplayArticleForFree.cfm?doi=b506697b&JournalCode=DT PDF] (freier Volltextzugriff, engl.)</ref><ref>S. W. Ragsdale: ''Nickel and the carbon cycle.'' In: ''[[J. Inorg. Biochem.]]'' 2007, 101 (11–12), S. 1657–1666, PMID 17716738, {{PMC|2100024}}.</ref>

== Biosynthese ==
Die Biosynthese des Kofaktors beginnt wie bei allen anderen natürlichen [[Tetrapyrrole]]n beim gemeinsamen Vorläufermolekül [[Uroporphyrinogene|Uroporphyrinogen III]].<ref name="Biosynthese">{{cite journal |first=Simon J. |last=Moore |first2=Sven T. |last2=Sowa |first3=Christopher |last3=Schuchardt |first4=Evelyne |last4=Deery |first5=Andrew D. |last5=Lawrence |first6=José Vazquez |last6=Ramos |first7=Susan |last7=Billig |first8=Claudia |last8=Birkemeyer |first9=Peter T. |last9=Chivers |title=Elucidation of the biosynthesis of the methane catalyst coenzyme F430 |journal=Nature |volume=543 |issue=7643 |pages=78–82 |doi=10.1038/nature21427 |date=2017-03-02 |language=en}}</ref> Dieses wird zunächst zu [[Sirohydrochlorin]] umgesetzt.<ref>{{cite journal |first=Helmut |last=Mucha |first2=Eberhard |last2=Keller |first3=Hans |last3=Weber |first4=Franz |last4=Lingens |first5=Walter |last5=Trösch |title=Sirohydrochlorin, a precursor of factor F430 biosynthesis in Methanobacterium thermoautotrophicum |journal=FEBS Letters |volume=190 |issue=1 |pages=169–171 |doi=10.1016/0014-5793(85)80451-8 |date=1985-10-07 |language=en}}</ref> In Sirohydrochlorin wird anschließend mittels einer Typ 2 [[Chelatase]] (CfbA) das Nickelatom eingebaut, so dass daraus Ni(II)-Sirohydrochlorin entsteht. Eine Amidase (CfbE) setzt zwei der Acetat-Seitenketten unter ATP- und N-Verbrauch zu Acetamid um, was infolgedessen zur Bildung von Ni(II)-Sirohydrochlorin-''a'',''c''-diamid führt. Dieses wird durch einen Enzymkomplex CfbC/CfbD zu einem Intermediat reduziert: Ni(I)-Hexahydrosirohydrochlorin-''a'',''c''-diamid. Bei diesem Prozess werden insgesamt sechs Elektronen und sieben Protonen übertragen. Ob die folgende Ringschließung zu ''seco''-F430 spontan oder enzymatisch erfolgt, wird noch untersucht. Aus ''seco''-F430 entsteht schließlich unter ATP-Verbrauch F430, indem sich der carbozyklische Ring F (mit der Ketogruppe) unter Wasserabspaltung bildet. Dies katalysiert eine Ligase (CfbB).<ref name=":0">{{cite journal |author=Zheng K, Ngo PD, Owens VL, Yang XP, Mansoorabadi SO |title=The biosynthetic pathway of coenzyme F430 in methanogenic and methanotrophic archaea |journal=Science |volume=354 |issue=6310 |pages=339–342 |doi=10.1126/science.aag2947 |pmid=27846569 |date=2016-10 |language=en}}</ref>

Die für die Biosynthese nötige N-Quelle stellen entweder Glutamin oder freies Ammonium dar.

== Literatur ==
* A. A. DiMarco et al.: ''Unusual coenzymes of methanogenesis.'' In: ''[[Annu Rev Biochem]].'', 59, 1990, S. 355–394, PMID 2115763.
* R. P. Hausinger: ''Nickel utilization by microorganisms.'' In: ''Microbiol Rev.'', 51, (1) 1987, S. 22–42 (englisch); PMID 3104749, [http://mmbr.asm.org/cgi/reprint/51/1/22.pdf mmbr.asm.org]

== Einzelnachweise ==
<references />

[[Kategorie:Coenzym]]
[[Kategorie:Alkansäureamid]]
[[Kategorie:Pyrrolidin]]
[[Kategorie:Pyrrolin]]
[[Kategorie:Carbonsäuresalz]]
[[Kategorie:Keton]]
[[Kategorie:Butyrolactam]]
[[Kategorie:Nickelverbindung]]
[[Kategorie:Metallkomplexfarbstoff]]
[[Kategorie:Beschränkter Stoff nach REACH-Anhang XVII, Eintrag 27]]

F430 - Versionsgeschichte

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