F430
# F430

Der Kofaktor F430, auch F$_{430}$, ist die prosthetische Gruppe des Enzyms Methyl-Coenzym-M-Reduktase. Seinem Absorptionsmaximum bei λ$_{max}$ = 430 nm verdankt er den Namen. Der Kofaktor kommt ausschließlich in methanogenen Archaeen vor.

## Entdeckung

F$_{430}$ wurde 1977 von Jean LeGall als gelbe Komponente in Zellextrakten von Methanobacterium thermoautotrophicum entdeckt. Wegen seiner starken Absorption bei λ$_{max}$ = 430 nm wurde er Faktor F$_{430}$ bezeichnet. Die 1980 von Thauer und Mitarbeitern vorgeschlagene Tetrapyrrol-ähnliche Struktur wurde schließlich durch NMR-Studien verifiziert.

## Vorkommen

Obwohl der Kofaktor F430 in seinem Aufbau anderen Tetrapyrrolen ähnelt, wurde er nur in methanogenen Archaeen nachgewiesen. In jenen dient er ausschließlich als prosthetische Gruppe des Enzyms Methyl-Coenzym-M-Reduktase (MCR).

## Chemische Eigenschaften

F$_{430}$ erinnert seiner Struktur nach einem Tetrapyrrolring und ähnelt den Porphyrinen bzw. Corrinen. Der Chromophor ist ein Tetrahydro-Derivat des sogenannten Corphins. Das Ringsystem in F$_{430}$ hat insgesamt nur fünf Doppelbindungen und ist damit der am stärksten reduzierte Tetrapyrrolring in der Natur. Durch den Mangel an 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 Nickelion enthält. Dieses liegt als Ni(I) vor und ist paramagnetisch. Der Kofaktor kann durch Denaturieren der MCR mittels Säuren isoliert werden. Isoliertes F$_{430}$ ist thermisch instabil und Sauerstoff-sensitiv.
Es wurde eine Variante des Cofaktors F$_{430}$ entdeckt, die am C17$^2$-Atom durch eine Methylthio-Gruppe modifiziert ist (siehe Bild). 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.

## 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:
    $\mathrm {CH_{3}{-}S{-}CoM+HS{-}CoB\rightarrow \ CH_{4}+CoB{-}S{-}S{-}CoM}$
Der genaue Mechanismus ist noch nicht aufgeklärt. Es ist dabei auch unklar, ob infolge der Katalyse Ni(III) gebildet werden kann.

## Biosynthese

Die Biosynthese des Kofaktors beginnt wie bei allen anderen natürlichen Tetrapyrrolen beim gemeinsamen Vorläufermolekül Uroporphyrinogen III. Dieses wird zunächst zu Sirohydrochlorin umgesetzt. 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-F$_{430}$ spontan oder enzymatisch erfolgt, wird noch untersucht. Aus seco-F$_{430}$ entsteht schließlich unter ATP-Verbrauch F$_{430}$, indem sich der carbozyklische Ring F (mit der Ketogruppe) unter Wasserabspaltung bildet. Dies katalysiert eine Ligase (CfbB).
Die für die Biosynthese nötige N-Quelle stellen entweder Glutamin oder freies Ammonium dar.