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Grant support

We thank Alvaro Salinero-Lanzarote for performing cell growth and grants from the U.S. Department of Energy (DOE) , Office of Science, Office of Basic Energy Sciences supported genetic studies, protein production, trapping of states for study, and ENDOR spectroscopy (DE-SC0010687, DE-SC0010834, and DE-SC0019342 to L.C.S., D.R.D., and B.M.H.) . Support for S.R. was provided by the U.S. DOE, Office of Science, Office of Basic Energy Sciences, Division of Chemical Sciences, Geosciences, and Biosciences. Computer time was provided by the National Energy Research Scientific Computing Center (NERSC) , a U.S. DOE Office of Science User Facility operated by Lawrence Berkeley National Laboratory, and the Molecular Sciences Computing Facility (MSCF) in the Environmental Molecular Sciences Laboratory, a DOE User Facility located at the Pacific Northwest National Laboratory (PNNL) . PNNL is operated by Battelle for the DOE under Contract number DE-AC05-76RL01830.

Análisis de autorías institucional

Perez-Gonzalez, AnaAutor o Coautor

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2 de diciembre de 2022
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Artículo
Green

C-13 ENDOR Characterization of the Central Carbon within the Nitrogenase Catalytic Cofactor Indicates That the CFe6 Core Is a Stabilizing "Heart of Steel"

Publicado en:Journal Of The American Chemical Society. 144 (40): 18315-18328 - 2022-09-27 144(40), DOI: 10.1021/jacs.2c06149

Autores: Lukoyanov, Dmitriy A.; Yang, Zhi-Yong; Perez-Gonzalez, Ana; Raugei, Simone; Dean, Dennis R.; Seefeldt, Lance C.; Hoffman, Brian M.;

Afiliaciones

Northwestern Univ, Dept Chem, 2145 Sheridan Rd, Evanston, IL 60208 USA - Autor o Coautor
Northwestern Univ, Dept Mol Biosci, Evanston, IL 60208 USA - Autor o Coautor
Pacific Northwest Natl Lab, Phys & Computat Sci Directorate, Richland, WA 99352 USA - Autor o Coautor
Utah State Univ, Dept Chem & Biochem, Logan, UT 84322 USA - Autor o Coautor
Virginia Tech, Biochem Dept, Blacksburg, VA 24061 USA - Autor o Coautor
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Resumen

Substrates and inhibitors of Mo-dependent nitrogenase bind and react at Fe ions of the active-site FeMo-cofactor [7Fe-9S-C-Mo-homocitrate] contained within the MoFe protein alpha-subunit. The cofactor contains a CFe6 core, a carbon centered within a trigonal prism of six Fe, whose role in catalysis is unknown. Targeted C-13 labeling of the carbon enables electron-nuclear double resonance (ENDOR) spectroscopy to sensitively monitor the electronic properties of the Fe-C bonds and the spin-coupling scheme adopted by the FeMo-cofactor metal ions. This report compares (CFe6)-C-13 ENDOR measurements for (i) the wild-type protein resting state (E-0; alpha-Val(70)) to those of (ii) alpha-Ile(70), (iii) alpha-Ala(70)-substituted proteins; (iv) crystallographically characterized CO-inhibited "hi-CO" state; (v) E-4(4H) Janus intermediate, activated for N-2 binding/reduction by accumulation of 4[e(-)/H+]; (vi) E-4(2H)* state containing a doubly reduced FeMo-cofactor without Fe-bound substrates; and (vii) propargyl alcohol reduction intermediate having allyl alcohol bound as a ferracycle to FeMo-cofactor Fe6. All states examined, both S = 1/2 and 3/2 exhibited near-zero C-13 isotropic hyperfine coupling constants, (C)a = [-1.3 <-> +2.7] MHz. Density functional theory computations and natural bond orbital analysis of the Fe-C bonds show that this occurs because a (3 spin-up/3 spin-down) spin-exchange configuration of CFe6 Fe-ion spins produces cancellation of large spin-transfers to carbon in each Fe-C bond. Previous X-ray diffraction and DFT both indicate that trigonal-prismatic geometry around carbon is maintained with high precision in all these states. The persistent structure and Fe-C bonding of the CFe6 core indicate that it does not provide a functionally dynamic (hemilabile) "beating heart"-instead it acts as "a heart of steel", stabilizing the structure of the FeMo-cofactor-active site during nitrogenase catalysis.

Palabras clave

13-c labelingA-carbonActive siteActive-siteAnisotropyArticleAzotobacter vinelandiiBinary alloysBindingBinding kineticsCarbonCarbon 13CatalysisCatalytic cofactorsChemical bondChemical bondsChemistryCofactorsCorrelation-energyCrystallographyDensity functional theoryE-4 intermediateElectron nuclear double resonanceElectron nuclear double resonance spectroscopiesElectron spin resonanceElectron spin resonance spectroscopyElectronic propertiesEnzyme mechanismFe-ionsGeometryH-2Interstitial carbonIon exchangeIsotope labelingMetabolismMetal ionsMetalsMofe proteinMolybdenum iron proteinMolybdoferredoxinNitrogenaseNonhumanOxidation reduction reactionOxidation-reductionPhotoinduced reductive eliminationProceduresProtein metabolismProteinsRelaxation protocolSite femo-cofactorSpin-couplingSteelSubstitution reactionSubstratesThermodynamicsTrigonal prismsX ray diffraction

Indicios de calidad

Impacto bibliométrico. Análisis de la aportación y canal de difusión

El trabajo ha sido publicado en la revista Journal Of The American Chemical Society debido a la progresión y el buen impacto que ha alcanzado en los últimos años, según la agencia WoS (JCR), se ha convertido en una referencia en su campo. En el año de publicación del trabajo, 2022, se encontraba en la posición 17/178, consiguiendo con ello situarse como revista Q1 (Primer Cuartil), en la categoría Chemistry, Multidisciplinary. Destacable, igualmente, el hecho de que la Revista está posicionada por encima del Percentil 90.

Desde una perspectiva relativa, y atendiendo al indicador del impacto normalizado calculado a partir de las Citas Mundiales de Scopus Elsevier, arroja un valor para la media Ponderada del Impacto Normalizado de la agencia Scopus: 1.36, lo que indica que, de manera comparada con trabajos en la misma disciplina y en el mismo año de publicación, lo ubica como trabajo citado por encima de la media. (fuente consultada: ESI 14 Nov 2024)

Esta información viene reforzada por otros indicadores del mismo tipo, que aunque dinámicos en el tiempo y dependientes del conjunto de citaciones medias mundiales en el momento de su cálculo, coinciden en posicionar en algún momento al trabajo, entre el 50% más citados dentro de su temática:

  • Field Citation Ratio (FCR) de la fuente Dimensions: 4.56 (fuente consultada: Dimensions Jul 2025)

De manera concreta y atendiendo a las diferentes agencias de indexación, el trabajo ha acumulado, hasta la fecha 2025-07-04, el siguiente número de citas:

  • Scopus: 17

Impacto y visibilidad social

Desde la dimensión de Influencia o adopción social, y tomando como base las métricas asociadas a las menciones e interacciones proporcionadas por agencias especializadas en el cálculo de las denominadas “Métricas Alternativas o Sociales”, podemos destacar a fecha 2025-07-04:

  • El uso, desde el ámbito académico evidenciado por el indicador de la agencia Altmetric referido como agregaciones realizadas por el gestor bibliográfico personal Mendeley, nos da un total de: 16.
  • La utilización de esta aportación en marcadores, bifurcaciones de código, añadidos a listas de favoritos para una lectura recurrente, así como visualizaciones generales, indica que alguien está usando la publicación como base de su trabajo actual. Esto puede ser un indicador destacado de futuras citas más formales y académicas. Tal afirmación es avalada por el resultado del indicador “Capture” que arroja un total de: 16 (PlumX).

Con una intencionalidad más de divulgación y orientada a audiencias más generales podemos observar otras puntuaciones más globales como:

  • El Score total de Altmetric: 7.6.
  • El número de menciones en la red social X (antes Twitter): 8 (Altmetric).
  • El número de menciones en Wikipedia: 1 (Altmetric).

Es fundamental presentar evidencias que respalden la plena alineación con los principios y directrices institucionales en torno a la Ciencia Abierta y la Conservación y Difusión del Patrimonio Intelectual. Un claro ejemplo de ello es:

  • El trabajo se ha enviado a una revista cuya política editorial permite la publicación en abierto Open Access.

Análisis de liderazgo de los autores institucionales

Este trabajo se ha realizado con colaboración internacional, concretamente con investigadores de: United States of America.