Skip to main content

Metal Enzymes in “Impossible” Microorganisms Catalyzing the Anaerobic Oxidation of Ammonium and Methane

  • Chapter
  • First Online:
Sustaining Life on Planet Earth: Metalloenzymes Mastering Dioxygen and Other Chewy Gases

Part of the book series: Metal Ions in Life Sciences ((MILS,volume 15))

Abstract

Ammonium and methane are inert molecules and dedicated enzymes are required to break up the N-H and C-H bonds. Until recently, only aerobic microorganisms were known to grow by the oxidation of ammonium or methane. Apart from respiration, oxygen was specifically utilized to activate the inert substrates. The presumed obligatory need for oxygen may have resisted the search for microorganisms that are capable of the anaerobic oxidation of ammonium and of methane. However extremely slowly growing, these “impossible” organisms exist and they found other means to tackle ammonium and methane. Anaerobic ammonium-oxidizing (anammox) bacteria use the oxidative power of nitric oxide (NO) by forging this molecule to ammonium, thereby making hydrazine (N2H4). Nitrite-dependent anaerobic methane oxidizers (N-DAMO) again take advantage of NO, but now apparently disproportionating the compound into dinitrogen and dioxygen gas. This intracellularly produced dioxygen enables N-DAMO bacteria to adopt an aerobic mechanism for methane oxidation.

Although our understanding is only emerging how hydrazine synthase and the NO dismutase act, it seems clear that reactions fully rely on metal-based catalyses known from other enzymes. Metal-dependent conversions not only hold for these key enzymes, but for most other reactions in the central catabolic pathways, again supported by well-studied enzymes from model organisms, but adapted to own specific needs. Remarkably, those accessory catabolic enzymes are not unique for anammox bacteria and N-DAMO. Close homologs are found in protein databases where those homologs derive from (partly) known, but in most cases unknown species that together comprise an only poorly comprehended microbial world.

This is a preview of subscription content, log in via an institution to check access.

Access this chapter

Chapter
USD 29.95
Price excludes VAT (USA)
  • Available as PDF
  • Read on any device
  • Instant download
  • Own it forever
eBook
USD 129.00
Price excludes VAT (USA)
  • Available as EPUB and PDF
  • Read on any device
  • Instant download
  • Own it forever
Softcover Book
USD 169.99
Price excludes VAT (USA)
  • Compact, lightweight edition
  • Dispatched in 3 to 5 business days
  • Free shipping worldwide - see info
Hardcover Book
USD 169.99
Price excludes VAT (USA)
  • Durable hardcover edition
  • Dispatched in 3 to 5 business days
  • Free shipping worldwide - see info

Tax calculation will be finalised at checkout

Purchases are for personal use only

Institutional subscriptions

References

  1. D. J. Arp, L. Y. Stein, Crit. Rev. Biochem. Mol. Biol. 2003, 38, 471–495.

    Article  CAS  PubMed  Google Scholar 

  2. M. A. Culpepper, A. C. Rosenzweig, Crit. Rev. Biochem Mol. Biol. 2012, 47, 483–492.

    Article  PubMed Central  CAS  PubMed  Google Scholar 

  3. T. J. Lawton, J. Ham, T. Sun, A. C. Rosenzweig, Proteins, 2014, 82, 2263–2267.

    Google Scholar 

  4. R. Hatzenpichler, Appl. Environ. Microbiol. 2012, 78, 7501–7510.

    Article  PubMed Central  CAS  PubMed  Google Scholar 

  5. W. Martens-Habbena, P. M. Berube, H. Urakawa, J. R. de la Torre, D. A. Stahl, Nature 2009, 461, 976–979.

    Article  CAS  PubMed  Google Scholar 

  6. N. Vajrala, W. Martens-Habbena, L. A. Sayavedra-Soto, A. Schauer, P. J. Bottomley, D. A. Stahl, D. J. Arp, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2013, 110, 1006–1011.

    Article  PubMed Central  CAS  PubMed  Google Scholar 

  7. M. Strous, J. J. Heijnen, J. G. Kuenen, M. S. M. Jetten, Appl. Microbiol. Biotechnol. 1998, 50, 589–596.

    Article  CAS  Google Scholar 

  8. M. C. Schmid, B. Maas, A. Dapena, K. van de Pas-Schoonen, J. van de Vossenberg, B. Kartal, L. van Niftrik, I. Schmidt, I. Cirpus, J. G. Kuenen, M. Wagner, J. S. Sinninghe Damsté, M. Kuypers, N. P. Revsbech, R. Mendez, M. S. M. Jetten, M. Strous, Appl. Environ. Microbiol. 2005, 71, 1677–1784.

    Article  PubMed Central  CAS  PubMed  Google Scholar 

  9. (a) A. A. van de Graaf, A. Mulder, P. de Bruijn, M. S. M. Jetten, L. A. Robertson, J. G. Kuenen, Appl. Environ. Microbiol. 1995, 61, 1246–1251. (b) A. A. van de Graaf, P. de Bruijn, L. A. Robertson, M. S. M. Jetten, J. G. Kuenen, Microbiology 1996, 142, 2187–2196.

    Google Scholar 

  10. M. Strous, J. A. Fuerst, E. H. Kramer, S. Logemann, G. Muyzer, K.T. van de Pas-Schoonen, R. Webb, J. G. Kuenen, M. S. M. Jetten, Nature 1999 , 400, 446–449.

    Article  CAS  PubMed  Google Scholar 

  11. H. J. M. Op den Camp, B. Kartal, D. Guven, L. A. van Niftrik, H. C. Haaijer, W. R. van der Star, K. T. van de Pas-Schoonen, A. Cabezas, Z. Ying, M. C. Schmid, M. M. Kuypers, J. van de Vossenberg, H. R. Harhangi, C. Picioreanu, M. C. van Loosdrecht, J. G. Kuenen, M. Strous, M. S. M. Jetten, Biochem. Soc. Trans. 2006, 34, 174–178.

    Article  CAS  PubMed  Google Scholar 

  12. B. Kartal, L. van Niftrik, J. T. Keltjens, H. J. M. Op den Camp, M. S. M. Jetten, Adv. Microb. Physiol. 2012, 60, 211–262.

    Article  CAS  PubMed  Google Scholar 

  13. B. Kartal, J. G. Kuenen, M. C. van Loosdrecht, Science 2010, 328, 702–703.

    Article  CAS  PubMed  Google Scholar 

  14. (a) K. Knittel, A. Boetius, Annu. Rev. Microbiol. 2009, 63, 311–334. (b) R. K. Thauer, Curr. Opin. Microbiol. 2011, 14, 292–299. (c) J. Milucka, T. G. Ferdelman, L. Polerecky, D. Franzke, G. Wegener, M. Schmid, I. Lieberwirth, M. Wagner, F. Widdel, M. M. Kuypers, Nature 2012, 491, 541–546. (d) T. Holler, G. Wegener, H. Niemann, C. Deusner, T. G. Ferdelman, A. Boetius, B. Brunner, F. Widdel, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2011, 108, E1484–1490.

    Google Scholar 

  15. M. F. Haroon, S. Hu, Y. Shi, M. Imelfort, J. Keller, P. Hugenholtz, Z. Yuan, G. W. Tyson, Nature 2013, 500, 567–570.

    Article  CAS  PubMed  Google Scholar 

  16. A. A. Raghoebarsing, A. Pol, K. T. van de Pas-Schoonen, A. J. Smolders, K. F. Ettwig, W. I. Rijpstra, S. Schouten, J. S. Damsté, H. J. M. Op den Camp, M. S. M. Jetten, M. Strous, Nature 2006, 440, 918–921.

    Article  CAS  PubMed  Google Scholar 

  17. K. F. Ettwig, S. Shima, K. T. van de Pas-Schoonen, J. Kahnt, M. H. Medema, H. J. M. Op den Camp, M. S. M. Jetten, M. Strous, Environ. Microbiol. 2008, 10, 3164–3173.

    Article  CAS  PubMed  Google Scholar 

  18. K. F. Ettwig, M. K. Butler, D. Le Paslier, E. Pelletier, S. Mangenot, M. M. Kuypers, F. Schreiber, B. E. Dutilh, J. Zedelius, D. de Beer, J. Gloerich, H. J. Wessels, T. van Alen, F. Luesken, M. L. Wu, K. T. van de Pas-Schoonen, H. J. M. Op den Camp, E. M. Janssen-Megens, K. J. Francoijs, H. Stunnenberg, J. Weissenbach, M. S. M. Jetten, M. Strous, Nature 2010, 464, 543–548.

    Article  CAS  PubMed  Google Scholar 

  19. (a) L. Chistoserdova, M. G. Kalyuzhnaya, M. E. Lidstrom, Annu. Rev. Microbiol. 2009, 63, 477–499. (b) L. Chistoserdova, Environ. Microbiol. 2011, 13, 2603–2622.

    Google Scholar 

  20. (a) A. A. van de Graaf, P. de Bruijn, L. A. Robertson, M. S. M. Jetten, J. G. Kuenen, Microbiology 1997, 143, 2415–21. (b) J. Schalk, H. Oustad, J. G. Kuenen, M. S. M Jetten, FEMS Microbiol. Lett. 1998, 158, 61–67.

    Google Scholar 

  21. M. Strous, E. Pelletier, S. Mangenot, T. Rattei, A. Lehner, M. W. Taylor, M. Horn, H. Daims, D. Bartol-Mavel, P. Wincker, V. Barbe, N. Fonknechten, D. Vallenet, B. Segurens, C. Schenowitz-Truong, C. Médigue, A. Collingro, B. Snel, B. E. Dutilh, H. J. M. Op den Camp, C. van der Drift, I. Cirpus, K. T. van de Pas-Schoonen, H. R. Harhangi, L. van Niftrik, M. Schmid, J. T. Keltjens, J. van de Vossenberg, B. Kartal, H. Meier, D. Frishman, M. A. Huynen, H. W. Mewes, J. Weissenbach, M. S. M. Jetten, M. Wagner, D. Le Paslier, Nature 2006, 440, 790–794.

    Article  PubMed  Google Scholar 

  22. B. Kartal, W. J. Maalcke, N. M. de Almeida, I. Cirpus, J. Gloerich, W. Geerts, H. J. M. Op den Camp, H. R. Harhangi, E. M. Janssen-Megens, K. J. Francoijs, H. G. Stunnenberg, J. T. Keltjens, M. S. M. Jetten, M. Strous, Nature 2011, 479,127–130.

    Article  CAS  PubMed  Google Scholar 

  23. (a) M. R. Lindsay, R. I. Webb, M. Strous, M. S. M. Jetten, M. K. Butler, R. J. Forde, J. A. Fuerst, Arch. Microbiol. 2001, 175, 413–429. (b) L. A. van Niftrik, J. A. Fuerst, J. S. Sinninghe Damsté, J. G. Kuenen, M. S. M. Jetten, M. Strous, FEMS Microbiol. Lett. 2004, 233, 7–13. (c) L. van Niftrik, W. J. Geerts, E. G. van Donselaar, B. M. Humbel, A. Yakushevska, A. J. Verkleij, M. S. M. Jetten, M. Strous, J. Struct. Biol. 2008, 161, 401–410. (d) L. van Niftrik, W. J. Geerts, E. G. van Donselaar, B. M. Humbel, R. I. Webb, J. A. Fuerst, A. J. Verkleij, M. S. M. Jetten, M. Strous, J. Bacteriol. 2008, 190, 708–717.

    Google Scholar 

  24. (a) L. van Niftrik, M. van Helden, S. Kirchen, E. G. van Donselaar, H. R. Harhangi, R. I. Webb, J. A. Fuerst, H. J. M. Op den Camp, M. S. M. Jetten, M. Strous, Mol. Microbiol. 2010, 77, 701–715. (b) R. Karlsson, A. Karlsson, O. Bäckman, B. R. Johansson, S. Hulth, FEMS Microbiol. Lett. 2009, 297, 87–94. (c) R. Karlsson, A. Karlsson, O. Bäckman, B. R. Johansson, S. Hulth, FEMS Microbiol. Lett. 2014, 354, 10–18.

    Google Scholar 

  25. L. van Niftrik, M. S. M. Jetten, Microbiol. Mol. Biol. Rev. 2012, 76, 585–596.

    Article  PubMed Central  PubMed  Google Scholar 

  26. B. Kartal, N. M. de Almeida, W. J. Maalcke, H. J. M. Op den Camp, M. S. M. Jetten, J. T. Keltjens, FEMS Microbiol. Rev. 2013, 37, 428–461.

    Article  CAS  PubMed  Google Scholar 

  27. N. M. de Almeida, W. J. Maalcke, J. T. Keltjens, M. S. M. Jetten, B. Kartal B, Biochem. Soc. Trans. 2011, 39, 303–308.

    Google Scholar 

  28. (a) B. Kartal, J. Rattray, L. A. van Niftrik, J.van de Vossenberg, M. C. Schmid, R. I. Webb, S. Schouten, J. A. Fuerst, J.S. Sinninghe Damsté, M. S. M. Jetten, M. Strous, Syst. Appl. Microbiol. 2007, 30, 39–49. (b) B. Kartal, M. M. M. Kuypers, G. Lavik, J. Schalk, H. J. M. Op den Camp, M. S. M. Jetten, M. Strous, Environ. Microbiol. 2007, 9, 635–642. (c) B. Kartal, L. van Niftrik, J. Rattray, J. L.van de Vossenberg, M. C. Schmid, J. Sinninghe Damsté, M. S. M. Jetten, M. Strous, FEMS Microbiol. Ecol. 2008, 63, 46–55.

    Google Scholar 

  29. M. L. Wu, S. de Vries S, T. A. van Alen, M. K. Butler, H. J. M. Op den Camp, J. T. Keltjens, M. S. M. Jetten, M. Strous, Microbiology 2011, 157, 890–898.

    Google Scholar 

  30. (a) S. J. Ferguson, V. Fülöp, Subcell. Biochem. 2000, 35, 519–540. (b) O. Einsle, P. M. H. Kroneck, Biol. Chem. 2004, 385, 875–883. (c) P. Tavares, A. S. Pereira, J. J. Moura, I. Moura, J. Inorg. Biochem. 2006, 100, 2087–2100. (d) I. S. MacPherson, M. E. Murphy, Cell. Mol. Life Sci. 2007, 64, 2887–2899. (e) S. Rinaldo A. Arcovito, G. Giardina, N. Castiglione, M. Brunori, F. Cutruzzolà, Biochem. Soc. Trans. 2008, 36, 1155–1159. (f) A. C. Merkle, N. Lehnert, Dalton Trans. 2012, 41, 3355–3368.

    Google Scholar 

  31. (a) P. A. Williams, V. Fülöp, E. F. Garman, N. F. Saunders, S. J. Ferguson, J. Hajdu, Nature 1997, 389, 406–412. (b) D. Nurizzo, M. C. Silvestrini, M. Mathieu, F. Cutruzzolà, D. Bourgeois, V. Fülöp V, J. Hajdu, M. Brunori, M. Tegoni, C. Cambillau, Structure 1997, 5, 1157–1171. (c) D. Nurizzo, F. Cutruzzolà, M. Arese, D. Bourgeois, M. Brunori, C. Cambillau, M. Tegoni, Biochemistry 1998, 37, 13987–13996.

    Google Scholar 

  32. (a) S. Kawasaki, H. Arai, T. Kodama, Y. Igarashi, J. Bacteriol. 1997, 179, 235–242. (b) S. Bali, A. D. Lawrence, S. A. Lobo, L. M. Saraiva, B. T. Golding, D. J. Palmer, M. J. Howard, S. J. Ferguson, M. J. Warren, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2011, 108, 18260–18265.

    Google Scholar 

  33. J. van de Vossenberg, D. Woebken, M. J. Maalcke, H. J. Wessels, B. E. Dutilh, B. Kartal, E. M. Janssen-Megens, G. Roeselers, J. Yan, D. Speth, J. Gloerich, W. Geerts, E. van der Biezen, W. Pluk, K. J. Francoijs, L. Russ, P. Lam, S. A. Malfatti, S. G. Tringe, S. C. Haaijer, H. J. M. Op den Camp, H. G. Stunnenberg, R. Amann, M. M. Kuypers, M. S. M. Jetten, Environ Microbiol. 2013, 15, 1275–1289.

    Article  PubMed Central  PubMed  Google Scholar 

  34. D. Hira, H. Toh, C. T. Migita, H. Okubo, T. Nishiyama, M. Hattori, K. Furukawa, T. Fujii, FEBS Lett. 2012, 586, 1658–1663.

    Article  CAS  PubMed  Google Scholar 

  35. Z. Hu D. R. Speth, K. J. Francoijs, Z. X. Quan, M. S. M. Jetten, Front. Microbiol. 2012, 3, 366.

    PubMed Central  PubMed  Google Scholar 

  36. F. Gori, S. G. Tringe, B. Kartal, E. Marchiori M. S. M. Jetten, Biochem. Soc. Trans. 2011, 39, 1799–1804.

    Article  CAS  PubMed  Google Scholar 

  37. (a) G. W. Pettigrew, A. Echalier, S. R. Pauleta, J. Inorg. Biochem. 2006, 100, 551–567. (b) J. M. Atack, D. J. Kelly, Adv. Microb. Physiol. 2007, 52, 73–106.

    Google Scholar 

  38. (a) C. M. Wilmot, V. L. Davidson, Curr. Opin. Chem. Biol. 2009, 13, 469–474. (b) C. M. Wilmot, E. T. Yukl, Dalton. Trans. 2013, 42, 3127–3135. (c) S. Shin S, V. L. Davidson, Arch. Biochem. Biophys. 2014, 544C, 112–118.

    Google Scholar 

  39. (a) S. L. Edwards, T. L. Poulos, J. Biol. Chem. 1990, 265, 2588–2595. (b) E. T. Yukl, B. R. Goblirsch, V. L. Davidson, C. M. Wilmot, Biochemistry 2011, 50, 2931–2938.

    Google Scholar 

  40. M. Jormakka, S. Törnroth, B. Byrne, S. Iwata, Science 2002, 295, 1863–1868.

    Article  PubMed  Google Scholar 

  41. (a) A. B. Hooper, A. Nason, J. Biol. Chem. 1965, 240, 4044–4057. (b) K. R. Terry, A. B. Hooper, Biochemistry 1981, 20, 7026–7032.

    Google Scholar 

  42. A. B. Hooper, T. Vannelli, D. J. Bergmann, D. M. Arciero, Antonie Van Leeuwenhoek 1997, 71, 59–67.

    Article  CAS  PubMed  Google Scholar 

  43. (a) N. Igarashi, H. Moriyama, T. Fujiwara, Y. Fukumori, N. Tanaka, Nat. Struct. Biol. 1997, 4, 276–284. (b) P. E. Cedervall, A. B. Hooper, C. M. Wilmot, Acta Crystallogr. Sect F Struct. Biol. Cryst. Commun. 2009, 65, 1296–1298. (c) P. Cedervall, A. B. Hooper, C. M. Wilmot, Biochemistry 2013, 52, 6211–6218.

    Google Scholar 

  44. W. J. Maalcke, A. Dietl, S. J. Marritt, J. N. Butt, M. S. M. Jetten, J. T. Keltjens, T. R. Barends, B. Kartal, J. Biol. Chem. 2014, 289, 1228–1242.

    Article  PubMed Central  CAS  PubMed  Google Scholar 

  45. (a) M. G. Klotz, M. C. Schmid, M. Strous, H. J. M. op den Camp, M. S. M. Jetten, A. B. Hooper, Environ. Microbiol. 2008, 10, 3150–3163. (b) J. Simon, M. G. Klotz, Biochim. Biophys. Acta 2013, 1827, 114–135.

    Google Scholar 

  46. M. Shimamura, T. Nishiyama, K. Shinya, Y. Kawahara, K. Furukawa, T. Fujii, J. Biosci. Bioeng. 2008, 105, 243–248.

    Article  CAS  PubMed  Google Scholar 

  47. J. Schalk, S. de Vries, J. G. Kuenen, M. S. M. Jetten, Biochemistry 2000, 39, 5405–5412.

    Article  CAS  PubMed  Google Scholar 

  48. W. L. DeLano, The PyMOL Molecular Graphics System, DeLano Scientific, San Carlos, CA, USA, 2002, http://www.pymol.org.

  49. M. L. Fernández, D. A. Estrin, S. E. Bari, J. Inorg. Biochem. 2008, 102, 1523–1530.

    Article  PubMed  Google Scholar 

  50. M. Shimamura, T. Nishiyama, H. Shigetomo, T. Toyomoto, Y. Kawahara, K. Furukawa, T. Fujii, Appl. Environ. Microbiol. 2007, 73, 1065–1072.

    Article  PubMed Central  CAS  PubMed  Google Scholar 

  51. W. J. Maalcke, Multiheme Protein Complexes of Anaerobic Ammonium-Oxidizing Bacteria, PhD Thesis, Radboud University of Nijmegen (The Netherlands), 2012.

    Google Scholar 

  52. (a) J. Kostera, J. McGarry, A. A. Pacheco, Biochemistry 2010, 49, 8546–8553. (b) A. A. Pacheco, J. McGarry, J. Kostera, A. Corona, Methods Enzymol. 2011, 486, 447–463.

    Google Scholar 

  53. (a) H. B. Gray, B. G. Malmström, R. J. P. Williams, J. Biol. Inorg. Chem. 2000, 5, 551–559. (b) H. B. Gray, J. R. Winkler, Biochim. Biophys. Acta 2010, 1797, 1563–1572. (c) M. Choi, V. L. Davidson, Metallomics 2011, 3, 140–151.

    Google Scholar 

  54. (a) I. V. Pearson, M. D. Page, R. J. van Spanning, S. J. Ferguson, J. Bacteriol. 2003, 185, 6308–6315. (b) K. A. Sam, S. A. Fairhurst, R. N. Thorneley, J. W. Allen, S. J. Ferguson, J. Biol. Chem. 2008, 283, 12555–12563.

    Google Scholar 

  55. F. ten Brink, B. Schoepp-Cothenet, R. van Lis, W. Nitschke, F. Baymann, Biochim. Biophys. Acta 2013, 1827, 1392–1406.

    Article  PubMed  Google Scholar 

  56. D. V. Dibrova, D. A. Cherepanov, M. Y. Galperin, V. P. Skulachev, A. Y. Mulkidjanian, Biochim. Biophys. Acta 2013, 1827, 1407–1427.

    Article  CAS  PubMed  Google Scholar 

  57. (a) X. Gao, X. Wen, L. Esser, B. Quinn, L. Yu, C. A. Yu, D. Xia, Biochemistry 2003, 42, 9067–9080. (b) X. Gao, X. Wen, C. Yu, L. Esser, S. Tsao, B. Quinn, L. Zhang, L. Yu, D. Xia, Biochemistry 2002, 41, 11692–11702. (c) H. Palsdottir, C. G. Lojero, B. L. Trumpower, C. Hunte, J. Biol. Chem. 2003, 278, 31303–31311. (d) L. Esser, B. Quinn, Y. F. Li, M. Zhang, M. Elberry, L. Yu, C. A. Yu, D. Xia, J. Mol. Biol. 2004, 341, 281–302. (e) L. Esser, M. Elberry, F. Zhou, C. A. Yu, L. Yu, D. Xia, J. Biol. Chem. 2008, 283, 2846–2857. (f) S. R. Solmaz, C. Hunte, J. Biol. Chem. 2008, 283, 17542–17549. (g) J. Yan, G. Kurisu, W. A. Cramer, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2006, 103, 69–74. (h) E. Yamashita, H. Zhang, W. A. Cramer, J. Mol. Biol. 2007, 370, 39–52.

    Google Scholar 

  58. (a) H. Claus, Arch. Microbiol. 2003, 179, 145–150. (b) P. Giardina, V. Faraco, C. Pezzella, A. Piscitelli, S. Vanhulle, G. Sannia, Cell. Mol. Life Sci. 2010, 67, 369–385. (c) P. Di Gennaro, A. Bargna, G. Sello, Appl. Microbiol. Biotechnol. 2011, 90, 1817–1827.

    Google Scholar 

  59. (a) M. C. Machczynski, E. Vijgenboom, B. Samyn, G. W. Canters, Protein Sci 2004, 13, 2388–2397. (b) T. Skálová, J. Dohnálek, L. H. Østergaard, P. R. Østergaard, P. Kolenko, J. Dusková, A. Stepánková, J. Hasek, J. Mol. Biol. 2009, 385, 1165–1178.

    Google Scholar 

  60. M. Sutter, D. Boehringer, S. Gutmann, S. Günther, D. Prangishvili, M. J. Loessner, K. O. Stetter, E. Weber-Ban, N. Ban, Nat. Struct. Mol. Biol. 2008, 15, 939–947.

    Article  CAS  PubMed  Google Scholar 

  61. R. A. Rothery, G. J. Workun, J. H. Weiner, Biochim. Biophys. Acta 2008, 1778, 1897–1929.

    Article  CAS  PubMed  Google Scholar 

  62. M. Jormakka, D. Richardson, B. Byrne, S. Iwata, Structure 2004, 12, 95–104.

    Article  CAS  PubMed  Google Scholar 

  63. S. Lücker, M. Wagner, F. Maixner, E. Pelletier, H. Koch, B. Vacherie, T. Rattei,J. S. Damsté, E. Spieck, D. Le Paslier, H. Daims, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2010, 107, 13479–13484.

    Article  PubMed Central  PubMed  Google Scholar 

  64. S. Lücker, B. Nowka, T. Rattei, E. Spieck, H. Daims, Front. Microbiol. 2013, 4, 27.

    Article  PubMed Central  PubMed  Google Scholar 

  65. M. G. Bertero, R. A. Rothery, M. Palak, C. Hou, D. Lim, F. Blasco, J. H. Weiner, N. C. Strynadka, Nature Struct. Mol. Biol. 2003, 10, 681–687.

    Article  CAS  Google Scholar 

  66. C. A. McDevitt, G. R. Hanson, C. J. Noble, M. R. Cheesman, A. G. McEwan, Biochemistry 2002, 41, 15234–15244.

    Article  CAS  PubMed  Google Scholar 

  67. (a) I. Schröder, S. Rech, T. Krafft, J. M. Macy, J. Biol. Chem. 1997, 272, 23765–23768. (b) E. C. Lowe, S. Bydder, R. S. Hartshorne, H. L. Tape, E. J. Dridge, C. M. Debieux, K. Paszkiewicz, I. Singleton, R. J. Lewis, J. M. Santini, D. J. Richardson, C. S. Butler, J. Biol. Chem. 2010, 285, 18433–18442.

    Google Scholar 

  68. H. D. Thorell, K. Stenklo, J. Karlsson, T. Nilsson, Appl. Environ. Microbiol. 2003, 69, 5585–5592.

    Article  CAS  PubMed  Google Scholar 

  69. D. P. Kloer, C. Hagel, J. Heider, G. E. Schulz, Structure 2006, 14, 1377–1388.

    Article  CAS  PubMed  Google Scholar 

  70. (a) P. Lanciano, A. Vergnes, S. Grimaldi, B. Guigliarelli, A. Magalon, J. Biol. Chem. 2007, 282, 17468–17474. (b) S. Zakian, D. Lafitte, A. Vergnes, C. Pimentel, C. Sebban-Kreuzer, R. Toci, J. B. Claude, F. Guerlesquin, A. Magalon, FEBS J. 2010, 277, 1886–1895.

    Google Scholar 

  71. (a) V. B. Borisov, R. B. Gennis, J. Hemp, M. I. Verkhovsky, Biochim. Biophys. Acta 2011, 1807, 1398–1413. (b) A. Giuffrè, V. B. Borisov, M. Arese, P. Sarti, E. Forte, Biochim. Biophys. Acta 2014, 1837, 1178–1187.

    Google Scholar 

  72. S. B. Mohan, M. Schmid, M. S. M. Jetten, J. Cole, FEMS Microbiol. Ecol. 2004, 49, 433–443.

    Article  CAS  PubMed  Google Scholar 

  73. (a) J. Simon, M. Kern, Biochem. Soc. Trans. 2008, 36, 1011–1016. (b) M. Kern, J. Simon, Biochim. Biophys. Acta 2009, 1787, 646–656.

    Google Scholar 

  74. (a) O. Einsle, A. Messerschmidt, P. Stach, G. P. Bourenkov, H. D. Bartunik, R. Huber, P. M. H. Kroneck, Nature 1999, 400, 476–480. (b) O. Einsle, A. Messerschmidt, R. Huber, P. M. H. Kroneck, F. Neese, J. Am. Chem. Soc. 2002, 124, 11737–11745.

    Google Scholar 

  75. M. J. Sellars, S. J. Hall, D. J. Kelly, J. Bacteriol. 2002, 184, 4187–4196.

    Article  PubMed Central  CAS  PubMed  Google Scholar 

  76. R. A. Sanford, J. R. Cole, J. M. Tiedje, Appl. Environ. Microbiol. 2002, 68, 893–900.

    Article  PubMed Central  CAS  PubMed  Google Scholar 

  77. (a) M. S. Pittman, K. T. Elvers, L. Lee, M. A. Jones, R. K. Poole, S. F. Park, D. J. Kelly, Mol. Microbiol. 2007, 63, 575–590. (b) M. Kern, F. Eisel, J. Scheithauer, R. G. Kranz, J. Simon, Mol. Microbiol. 2010, 75, 122–137.

    Google Scholar 

  78. A. Welsh, J. Chee-Sanford, L. Connor, F. Löffler, R. Sanford, Appl. Environ. Microbiol. 2014, 80, 2110–2119.

    Google Scholar 

  79. (a) K. M. Polyakov, K. M. Boyko, T. V. Tikhonova, A. Slutsky, A. N. Antipov, R. A. Zvyagilskaya, A. N. Popov, G. P. Bourenkov, V. S. Lamzin, V. O. Popov, J. Mol. Biol. 2009, 389, 846–862. (b) A. A. Trofimov, K. M. Polyakov, K. M. Boyko, T. V. Tikhonova, T. N. Safonova, A. V. Tikhonov, A. N. Popov, V. O. Popov, Acta Crystallogr. D Biol. Crystallogr. 2010, 66, 1043–1047. (c) T. Tikhonova, A. Tikhonov, A. Trofimov, K. Polyakov, K. Boyko, E. Cherkashin, T. Rakitina, D. Sorokin, V. Popov, FEBS J. 2012, 279, 4052–4061. (d) T. V. Tikhonova, A. A. Trofimov, V. O. Popov, Biochemistry (Moscow) 2012, 77, 1129–1138.

    Google Scholar 

  80. (a) C. G. Mowat, E. Rothery, C. S. Miles, L. McIver, M. K. Doherty, K. Drewette, P. Taylor, M. D. Walkinshaw, S. K. Chapman, G. A. Reid, Nature Struct. Mol. Biol. 2004, 11, 1023–1024. (b) S. J. Atkinson, C. G. Mowat, G. A. Reid, S. K. Chapman, FEBS Lett. 2007, 581, 3805–3808.

    Google Scholar 

  81. (a) J. J. Moura, C. D. Brondino, J. Trincão, M. J. Romão, J. Biol. Inorg. Chem. 2004, 9, 791–799. (b) G. Fritz, O. Einsle, M. Rudolf, A. Schiffer, P. M. H. Kroneck, J. Mol. Microbiol. Biotechnol. 2005, 10, 223–233. (b) P. J. González, C. Correia, I. Moura, C. D. Brondino, J. J. Moura, J. Inorg. Biochem. 2006, 100, 1015–1023. (c) J. Simon, R. J. van Spanning, D. J. Richardson, Biochim. Biophys. Acta 2008, 1777, 1480–1490. (d) B. Kraft, M. Strous, H. E. Tegetmeyer, J Biotechnol. 2011, 155, 104–117. (e) C. Sparacino-Watkins, J. F. Stolz, P. Basu, Chem. Soc. Rev. 2014, 43, 676–706.

    Google Scholar 

  82. (a) J. M. Dias, M. E. Than, A. Humm, R. Huber, G. P. Bourenkov, H. D. Bartunik, S. Bursakov, J. Calvete, J. Caldeira, C. Carneiro, J. J. Moura, I. Moura, M. Romão, Structure 1999, 7, 65–79. (b) P. Arnoux, M. Sabaty, J. Alric, B. Frangioni, B. Guigliarelli, J. M. Adriano, D. Pignol, Nat. Struct. Biol. 2003, 10, 928–934. (c) B. J. Jepson, S. Mohan, T. A. Clarke, A. J. Gates, J. A. Cole, C. S. Butler, J. N. Butt, A. M. Hemmings, D. J. Richardson, J. Biol. Chem. 2007, 282, 6425–6437. (d) S. Najmudin, P. J. González, J. Trincão, C. Coelho, A. Mukhopadhyay, N. M. Cerqueira, C. C. Romão, I. Moura, J. J. Moura, C. D. Brondino, M. J. Romão, J. Biol. Inorg. Chem. 2008, 13, 737–753. (e) C. Coelho, P. J. González, J. G. Moura, I. Moura, J. Trincão, M. J. Romão, J. Mol. Biol. 2011 , 408, 932–948.

    Google Scholar 

  83. B. Ize, S. J. Coulthurst, K. Hatzixanthis, I. Caldelari, G. Buchanan, E. C. Barclay, D. J. Richardson, T. Palmer, F. Sargent, Microbiology 2009, 155, 3992–4004.

    Article  CAS  PubMed  Google Scholar 

  84. (a) T. H. Brondijk, D. Fiegen, D. J. Richardson, J. A. Cole, Mol. Microbiol. 2002, 44, 245–255. (b) T. H. Brondijk, A. Nilavongse, N. Filenko, D. J. Richardson, J. A. Cole, Biochem. J. 2004, 379, 47–55. (c) A. Nilavongse, T. H. Brondijk, T. W. Overton, D. J. Richardson, E. R. Leach, J. A. Cole, Microbiology 2006, 152, 3227–3237. (d) M. Kern, J. Simon, Microbiology 2009, 155, 2784–2794. (e) M. Kern, J. Simon, Mol. Microbiol. 2008, 69, 1137–1152.

    Google Scholar 

  85. (a) T. Sjögren, M. Svensson-Ek, J. Hajdu, P. Brzezinski, Biochemistry 2000, 39, 10967–10974. (b) A. Jafferji, J. W. Allen, S. J. Ferguson, V. Fulop, J. Biol. Chem. 2000, 275, 25089–25094.

    Google Scholar 

  86. M. L. Wu, T. A. van Alen, E. G. van Donselaar, M. Strous, M. S. M. Jetten, L. van Niftrik, FEMS Microbiol. Lett. 2012, 334, 49–56.

    Article  CAS  PubMed  Google Scholar 

  87. R. J. Schulze, J. Komar, M. Botte, W. J. Allen, S. Whitehouse, V. A. Gold, A. Lycklama, J. A. Nijeholt, K. Huard, I. Berger, C. Schaffitzel, I. Collinson, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2014, 111, 4844–4849.

    Google Scholar 

  88. V. M. Luque-Almagro, A. J. Gates, C. Moreno-Vivián, S. J. Ferguson, D. J. Richardson, M. D. Roldán, Biochem. Soc. Trans. 2011, 39, 1838–1843.

    Article  CAS  PubMed  Google Scholar 

  89. P. J. Simpson, D. J. Richardson, R. Codd, Microbiology 2010, 156, 302–312.

    Article  CAS  PubMed  Google Scholar 

  90. (a) L. Philippot, Trends Microbiol. 2005, 13, 191–192. (b) R. Cramm, R. A. Siddiqui, B. Friedrich, J. Bacteriol. 1997, 179, 6769–6777.

    Google Scholar 

  91. (a) W. G. Zumft, J. Inorg. Biochem. 2005, 99, 194–215. (b) J. Hendriks, A. Oubrie, J. Castresana, A. Urbani, S. Gemeinhardt, M. Saraste, Biochim. Biophys. Acta 2000, 1459, 266–273.

    Google Scholar 

  92. (a) Y. Matsumoto, T. Tosha, A. V. Pisliakov, T. Hino, H. Sugimoto, S. Nagano, Y. Sugita, Y. Shiro, Nature Struct. Mol. Biol. 2012, 19, 238–245. (b) T. Hino, Y. Matsumoto, S. Nagano, H. Sugimoto, Y. Fukumori, T. Murata, S. Iwata, Science 2010, 330, 1666–1670.

    Google Scholar 

  93. Suharti, M. J. F. Strampraad, I. Schröder, S. de Vries, Biochemistry 2001, 40, 2632–2639.

    Google Scholar 

  94. K. Heylen, J.T. Keltjens, Front. Microbiol. 2012, 3, 371.

    Article  PubMed Central  PubMed  Google Scholar 

  95. J. Hemp, R. B. Gennis, Results Probl. Cell Differ. 2008, 45, 1–31.

    Article  CAS  PubMed  Google Scholar 

  96. (a) M. Saraste, J. Castresana, FEBS Lett. 1994, 341, 1–4. (b) J. van der Oost, A. P. N. de Boer, I.-W. L. Gier, W. G. Zumft, A. H. Stouthamer, R. J. M. van Spanning, FEMS Microbial. Lett. 1994, 121, l–10.

    Google Scholar 

  97. (a) T. Fujiwara, Y. Fukumori, J. Bacteriol, 1996. 178, 1866–1871. (b) U. Flock, N. J. Watmough, P. Ädelroth, Biochemistry 2005, 44, 10711–10719. (c) G. Butland, S. Spiro, N. J. Watmough, D. J. Richardson, J. Bacteriol. 2001, 183, 189–199. (d) N. Sakurai, T. Sakurai, Biochemistry 1997, 36, 13809–13815. (e) A. Giuffrè, G. Stubauer, P. Sarti, M. Brunori, W. G. Zumft, G. Buse, T. Soulimane, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 1999, 96, 14718–14723. (f) E. Forte, A. Urbani, M. Saraste, P. Sarti, M. Brunori, A. Giuffrè, Eur. J. Biochem. 2001 , 268, 6486–6491.

    Google Scholar 

  98. (a) D. A. Proshlyakov, M. A. Pressler, C. DeMaso, J. F. Leykam, D. L. deWitt, G. T. Babcock, Science 2000, 290, 1588–1591. (b) R. B. Gennis, Biochim. Biophys. Acta 1998, 1365, 241–248. (c) G. T. Babcock, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 1999, 96, 12971–12973 (d) M. R. A. Blomberg, P. E. M. Siegbahn, M. Wikström, Inorg. Chem. 2003, 42, 5231–5243. (e) M. Iwaki, A. Puustinen, M. Wikström, P. R. Rich, Biochemistry 2003, 42, 8809–8817.

    Google Scholar 

  99. K. F. Ettwig, D. R. Speth, J. Reimann, M. L. Wu, M. S. M. Jetten, J. T. Keltjens, Front. Microbiol. 2012, 3, 273.

    Article  PubMed Central  PubMed  Google Scholar 

  100. (a) F. H. Thorndycroft, G. Butland, D. J. Richardson, N. J. Watmough, Biochem. J. 2007, 401, 111–119. (b) U. Flock, P. Lachmann, J. Reimann, N. J. Watmough, P. Ädelroth, J. Inorg. Biochem. 2009, 103, 845–850.

    Google Scholar 

  101. (a) P. Ehrenreich, A. Behrends, J. Harder, F. Widdel, Arch. Microbiol. 2000, 173, 58–64. (b) J. Zedelius, R. Rabus, O. Grundmann, I. Werner, D. Brodkorb, F. Schreiber, P. Ehrenreich, A. Behrends, H. Wilkes, M. Kube, R. Reinhardt, F. Widdel, Environ. Microbiol. Rep. 2010, 3, 125–135.

    Google Scholar 

  102. L. Salomonsson, J. Reimann, T. Tosha, N. Krause, N. Gonska, Y Shiro, P. Ädelroth, Biochim. Biophys. Acta 2012, 1817, 1914–1920.

    Article  CAS  PubMed  Google Scholar 

  103. (a) R. L. Lieberman, A. C. Rosenzweig, Nature 2005, 434, 177–182. (b) A. S. Hakemian, K. C. Kondapalli, J. Telser, B. M. Hoffman, T. L. Stemmler, A. C. Rosenzweig, Biochemistry 2008, 47, 6793–6801. (c) S. M. Smith, S. Rawat, J. Telser, B. M. Hoffman, T. L. Stemmler, A. C. Rosenzweig, Biochemistry 2011, 50, 10231–10340.

    Google Scholar 

  104. R. Balasubramanian, S. M. Smith, S. Rawat, L. A. Yatsunyk, T. L. Stemmler, A. C. Rosenzweig, Nature 2010, 465, 115–119.

    Article  PubMed Central  CAS  PubMed  Google Scholar 

  105. (a) H. J. Hektor, H. Kloosterman, L. Dijkhuizen, J. Mol. Catal. B 2000, 8, 103–109. (b) H. J. Hektor, H. Kloosterman, L. Dijkhuizen, J. Biol. Chem. 2002, 277, 46966–46973.

    Google Scholar 

  106. (a) C. Anthony, M. Ghosh, Prog. Biophys. Mol. Biol. 1998, 69, 1–21. (b) C. Anthony, P. Williams, Biochim. Biophys. Acta 2003, 1647, 18–23. (c) C. Anthony, Arch. Biochem. Biophys. 2004, 428, 2–9.

    Google Scholar 

  107. (a) L. Masgrau, J. Basran, P. Hothi, M. J. Sutcliffe, N. S. Scrutton, Arch. Biochem. Biophys. 2004, 428, 41–51. (b) S. Y. Reddy, T. C. Bruice, J. Am. Chem. Soc . 2003, 125, 8141–8150. (c) V. L. Davidson, Arch. Biochem. Biophys. 2004, 428, 32–40. (d) S. Y. Reddy, T. C. Bruice, Protein Sci. 2004, 13, 1965–1978. (e) X. Zhang, S. Y. Reddy, T. C. Bruice, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2007, 104, 745–749.

    Google Scholar 

  108. (a) A. Oubrie, B. W. Dijkstra, Protein Sci. 2000, 9, 1265–1273. (b) A. Oubrie, H. J. Rozeboom, K. H. Kalk, E. G. Huizinga, B. W. Dijkstra, J. Biol. Chem. 2002, 277, 3727–3732.

    Google Scholar 

  109. (a) Z. X. Xia, W. W. Dai, J. P. Xiong, Z. P. Hao, V. L. Davidson, S. White, F. S. Mathews, J. Biol. Chem. 1992, 267, 22289–22297. (b) Z. Xia, W. Dai, Y. Zhang, S. A. White, G. D. Boyd, F. S. Mathews, J. Mol. Biol. 1996, 259, 480–501. (c) Z. X. Xia Y. N. He, W. W. Dai, S. A. White, G. D. Boyd, F. S. Mathews, Biochemistry 1999, 38, 1214–1220. (d) Z. X. Xia, W. W. Dai, Y. N. He, S. A. White, F. S. Mathews, V. L. Davidson, J. Biol. Inorg. Chem . 2003, 8, 843–854. (e) M. Ghosh, C. Anthony, K. Harlos, M. G. Goodwin, C. Blake, Structure 1995, 3, 177–187. (f) M. Ghosh, A. Avezoux, C. Anthony, K. Harlos, C. C. Blake, Experientia 1994, 71, 251–260. (g) P. A. Williams, L. Coates, F. Mohammed, R. Gill, P. T. Erskine, A. Coker, S. P. Wood, C. Anthony, J. B. Cooper, Acta Crystallogr. D Biol. Crystallogr. 2005, 61, 75–79. (h) J. M. Choi, H. G. Kim, J. S. Kim, H. S. Youn, S. H. Eom, S. L. Yu, S. W. Kim, S. H. Lee, Acta Crystallogr. Sect. F Struct. Biol. Cryst. Commun. 2011, 67, 513–516.

    Google Scholar 

  110. (a) D. J. Anderson, C. J. Morris, D. N. Nunn, C. Anthony, M. E. Lidstrom, Gene 1990, 90, 173–176. (b) C. J. Morris, Y. M. Kim, K. E. Perkins, M. E. Lidstrom, J. Bacteriol. 1995, 177, 6825–6831. (c) L. Chistoserdova, S. W. Chen, A. Lapidus, M. E. Lidstrom, J. Bacteriol. 2003, 185, 2980–2987.

    Google Scholar 

  111. (a) N. Goosen, R. G. M. Huinen, P. Vandeputte, J. Bacteriol. 1992, 174, 1426–1427. (b) S. Puehringer, M. Metlitzky, R. Schwarzenbacher, BMC Biochemistry 2008, 9, 8. (c) N. Gliese, V. Khodaverdi, H. Görisch, Arch. Microbiol. 2010, 192, 1–14.

    Google Scholar 

  112. M. L. Wu, K. F. Ettwig, M. S. M. Jetten, M. Strous, J. T. Keltjens, L. van Niftrik, Biochem. Soc. Trans. 2011, 39, 243–248.

    Article  CAS  PubMed  Google Scholar 

  113. (a) Y. Hibi, K. Asai, H. Arafuka, M. Hamajima, T. Iwama, K. Kawai, J. Biosci. Bioeng. 2011, 111, 547–549. (b) N. A. Fitriyanto, M. Fushimi, M. Matsunaga, A. Pertiwiningrum, T. Iwama, K. Kawai, J. Biosci. Bioeng. 2011, 111, 613–617. (c) T. Nakagawa, R. Mitsui, A. Tani, K. Sasa, S. Tashiro, T. Iwama, T. Hayakawa, K. Kawai, PloS One 2012, 7, e50480.

    Google Scholar 

  114. A. Pol, T. R. M. Barends, A. Dietl, A. F. Khadem, J. Eygensteyn, M. S. M. Jetten, H. J. M. op den Camp, Environ. Microbiol. 2014, 16, 255–264.

    Article  CAS  PubMed  Google Scholar 

  115. J. T. Keltjens, A. Pol, J. Reimann, H. J. M. op den Camp, Appl. Microbiol. Biotechnol. 2014, 98, 6163–6183.

    Google Scholar 

  116. M. L. Wu, H. J. C. T. Wessels, A. Pol, H. J. M. Op den Camp, M. S. M. Jetten, L. Van Niftrik, J. T. Keltjens, 2014, submitted for publication.

    Google Scholar 

  117. (a) L. Chistoserdova, J. A. Vorholt, R. K. Thauer, M. E. Lidstrom, Science 1998, 281, 99–102. (b) J. A. Vorholt, L. Chistoserdova, S. M. Stolyar, R. K. Thauer, M. E. Lidstrom, J. Bacteriol. 1999, 181, 5750–5757. (c) L. Chistoserdova, J. A. Vorholt, M. E. Lidstrom, Genome Biol. 2005, 6, 208. (d) L. Chistoserdova, M. E. Rasche, M. E. Lidstrom, J. Bacteriol. 2005, 187, 2508–2512. (e) M. G. Kalyuzhnaya, N. Korotkova, G. Crowther, C. J. Marx, M. E. Lidstrom, J. Bacteriol. 2005, 187, 4607–4614. (f) M. G. Kalyuzhnaya, L. Chistoserdova, Methods Enzymol. 2005, 397, 443–54. (g) M. G. Kalyuzhnaya, O. Nercessian, A. Lapidus, L. Chistoserdova, Environ. Microbiol. 2005, 7, 1909–1916. (h) M. G. Kalyuzhnaya, S. Bowerman, O. Nercessian, M. E. Lidstrom, L. Chistoserdova, Appl. Environ. Microbiol. 2005, 71, 8846–8854. (i) L. Chistoserdova, A. Lapidus, C. Han, L. Goodwin, L. Saunders, T. Brettin, R. Tapia, P. Gilna, S. Lucas, P. M. Richardson, M. E. Lidstrom, J. Bacteriol. 2007, 189, 4020–4027. (j) S. Vuilleumier, L. Chistoserdova, M. C. Lee, F. Bringel, A. Lajus, Y. Zhou, B. Gourion, V. Barbe, J. Chang, S. Cruveiller, C. Dossat, W. Gillett, C. Gruffaz, E. Haugen, E. Hourcade, R. Levy, S. Mangenot, E. Muller, T. Nadalig, M. Pagni, C. Penny, R. Peyraud, D. G. Robinson, D. Roche, Z. Rouy, C. Saenampechek, G. Salvignol, D. Vallenet, Z. Wu, C. J. Marx, J. A. Vorholt, M. V. Olson, R. Kaul, J. Weissenbach, C. Médigue, M. E. Lidstrom, PLoS One 2009, 4, e5584. (k) M. G. Kalyuzhnaya, D. A. Beck, D. Suciu, A. Pozhitkov, M. E. Lidstrom, L. Chistoserdova, ISME J. 2010, 4, 388–398. (l) E. L. Hendrickson, D. A. Beck, T. Wang, M. E. Lidstrom, M. Hackett, L. Chistoserdova, J. Bacteriol. 2010, 192, 4859–4867.

    Google Scholar 

  118. P. Acharya, M. Goenrich, C. H. Hagemeier, U. Demmer, J. A. Vorholt, R. K. Thauer, U. Ermler, J. Biol. Chem. 2005, 280, 13712–13719.

    Article  CAS  PubMed  Google Scholar 

  119. (a) W. Grabarse, M. Vaupel, J. A. Vorholt, S. Shima, R. K. Thauer, A. Wittershagen, G. Bourenkov, H. D. Bartunik, U. Ermler, Structure 1999, 7, 1257–1268. (b) V. Upadhyay, U. Demmer, E. Warkentin, J. Moll, S. Shima, U. Ermler, Biochemistry 2012, 51, 8435–8443.

    Google Scholar 

  120. C. H. Hagemeier, L. Chistoserdova, M. E. Lidstrom, R. K. Thauer, J. A. Vorholt, Eur. J. Biochem. 2000, 267, 3762–3769.

    Article  CAS  PubMed  Google Scholar 

  121. J. A. Vorholt, L. Chistoserdova, M. E. Lidstrom, R. K. Thauer, J. Bacteriol. 1998, 180, 5351–5356.

    PubMed Central  CAS  PubMed  Google Scholar 

  122. J. A. Vorholt, M. G. Kalyuzhnaya, C. H. Hagemeier, M. E. Lidstrom, J. Bacteriol. 2005, 187, 6069–6074.

    Article  PubMed Central  CAS  PubMed  Google Scholar 

  123. U. Ermler, C. H. Hagemeier, A. Roth, U. Demmer, W. Grabarse, E. Warkentin, J. A. Vorholt, Structure 2002, 10, 1127–1137.

    Article  CAS  PubMed  Google Scholar 

  124. (a) M. Jormakka, B. Byrne, S. Iwata, Curr. Opin. Struct. Biol. 2003, 13, 418–423. (b) J. J. Moura, C. D. Brondino, J. Trincão, M. J. Romão, J. Biol. Inorg. Chem. 2004, 9, 791–799. (c) R. G. Efremov, L. A. Sazanov, Biochim. Biophys. Acta. 2012, 1817, 1785–1795.

    Google Scholar 

  125. C. S. Mota, M. G. Rivas, C. D. Brondino, I. Moura, J. J. Moura, P. J. González, N. M. Cerqueira, J. Biol. Inorg. Chem. 2011, 16, 1255–1268.

    Article  CAS  PubMed  Google Scholar 

  126. J. A. Vorholt, R. K. Thauer, Met. Ions Biol. Syst. 2002, 39, 571–619.

    CAS  PubMed  Google Scholar 

  127. B. K. Pomper, O. Saurel, A. Milon, J. A. Vorholt, FEBS Lett. 2002, 523, 133–137.

    Article  CAS  PubMed  Google Scholar 

  128. B. K. Pomper, J. A. Vorholt, Eur. J. Biochem. 2001, 268, 4769–4775.

    Article  CAS  PubMed  Google Scholar 

  129. (a) U. Ermler, M. Merckel, R. K. Thauer, S. Shima, Structure 1997, 5, 635–646. (b) P. Acharya, E. Warkentin, U. Ermler, R. K. Thauer, S. Shima, J. Mol. Biol. 2006, 357, 870–879.

    Google Scholar 

  130. J. A. Vorholt, M. Vaupel, R. K. Thauer, Mol. Microbiol. 1997, 23, 1033–1042.

    Article  CAS  PubMed  Google Scholar 

  131. (a) A. Hochheimer, D. Linder, R. K. Thauer, R. Hedderich, Eur. J. Biochem. 1996, 242, 156–162. (b) A. Hochheimer, R. A. Schmitz, R. K. Thauer, R. Hedderich, Eur. J. Biochem. 1995, 234, 910–920.

    Google Scholar 

  132. (a) V. N. Gladyshev, J. C. Boyington, S. V. Khangulov, D. A. Grahame, T. C. Stadtman, P. D. Sun, J. Biol. Chem. 1996, 271, 8095–8100. (b) J. C. Boyington, V. N. Gladyshev, S. V. Khangulov, T. C. Stadtman, P. D. Sun, Science 1997, 275, 1305–1308.

    Google Scholar 

  133. H. Raaijmakers, S. Macieira, J. M. Dias, S. Teixeira, S. Bursakov, R. Huber, J. J. Moura, I. Moura, M. J. Romão, Structure 2002, 10, 1261–1272.

    Article  CAS  PubMed  Google Scholar 

  134. (a) R. G. Efremov, R. Baradaran, L. A. Sazanov, Nature 2010, 465, 441–445. (b) R. G. Efremov, L. A. Sazanov, Curr. Opin. Struct. Biol. 2011, 21, 532–540.

    Google Scholar 

  135. G. J. Crowther, G. Kosály, M. E. Lidstrom, J. Bacteriol. 2008, 190, 5057–5062.

    Article  PubMed Central  CAS  PubMed  Google Scholar 

  136. (a) R. K. Thauer, K. Jungermann, K. Decker, Bacteriol. Rev. 1977, 41, 100–180.

    Google Scholar 

  137. (b) http://nshs-science.net/chemistry/common/pdf/R-standard_enthalpy_of_formation.pdf (c) http://www.nist.gov/data/PDFfiles/jpcrd6.pdf (d) http://fizyczna.chem.pg.gda.pl/files/2012/10/chf_epm_cr_00.pdf

  138. The Metal-Driven Biogeochemistry of Gaseous Compounds in the Environment, Eds P.M.H. Kroneck, M.E. Sosa Torres; Vol. 14 of Metal Ions in Life Sciences, Eds A. Sigel, H. Sigel, R.K.O. Sigel; Springer Science+Business Media, Dordrecht, The Netherlands, 2014.

    Google Scholar 

Download references

Acknowledgments

The contribution by Joachim Reimann was supported by the Netherlands Organization for Scientific Research (ALW grant number 822.02.005). The work by Mike Jetten is facilitated by two European Union Advanced Research Grants (ERC 232937, ERC 339880) and by the Dutch Government “Zwaartekrachtsubsidie” (Gravitation Grant) to the Soehngen Institute for Anaerobic Microbiology (SIAM 024 002 002).

Author information

Authors and Affiliations

Authors

Corresponding authors

Correspondence to Mike S. M. Jetten or Jan T. Keltjens .

Editor information

Editors and Affiliations

Abbreviations and Definitions

Abbreviations and Definitions

ΔG 0′ E0′:

Gibbs free energy changes and standard midpoint redox potentials, both at pH 7, were taken or calculated from data presented in [136, 137]

AMO:

ammonium monooxygenase

anammox:

anaerobic ammonium oxidation

AOA:

ammonium-oxidizing Archaea

AOB:

ammonium-oxidizing Bacteria

ATP:

adenosine 5′-triphosphate

bisPGD:

bis(pyrano guanine dinucleotide)

C1:

one-carbon compound

cNOR:

cytochrome c-dependent nitric oxide reductase

Cyt c :

cytochrome c

DMSO:

dimethylsulfoxide

DNRA:

dissimilatory nitrite/ nitrate reduction forming ammonium

FAD:

flavin adenine dinucleotide

Fae:

formaldehyde activating enzyme

Fhc:

formyl transferase/hydrolase

FDH:

formate dehydrogenase

FMD:

molybdenum-containing formylmethanofuran dehydrogenase

fMFR:

formylmethanofuran

fMFR-DH:

formylmethanofuran dehydrogenase

Fwd:

tungsten-containing formylmethanofuran dehydrogenase

H4F:

5,6,7,8-tetrahydrofolate

H4MPT:

5,6,7,8-tetrahydromethanopterin

HAO:

hydroxylamine oxidoreductase

HCO:

heme-copper oxidase

HDH/HZO:

hydrazine dehydrogenase/oxidase

HQNO:

2-heptyl hydroxyquinoline N-oxide

HZS:

hydrazine synthase

MCO:

multicopper oxidase

MDH:

methanol dehydrogenase

methanogen:

Archaeon that grows by the formation of methane

methanotroph:

organism capable of (aerobic) growth on methane

methylotroph:

organism capable of growth on methylated compound(s)

MFR:

methanofuran

MMO:

methane monooxygenase

MPT:

molybdopterin

MQ(H2):

(reduced) menaquinone

Mtd:

methylenetetrahydromethanopterin dehydrogenase

MxaFI:

heterotetrameric calcium-containing methanol dehydrogenase

NAD(P)H:

nicotinamide adenine dinucleotide (phosphate) reduced

N-cycle:

biogeochemical nitrogen cycle

N-DAMO:

nitrite-dependent anaerobic methane oxidation

N2OR:

nitrous oxide (N2O) reductase

Nap:

periplasmic dissimilatory nitrate reductase

Nar:

cytoplasmic dissimilatory nitrate reductase

Nas:

assimilatory nitrate reductase

NeHAO:

Nitrosomonas europaea hydroxylamine oxidoreductase

Nir:

nitrite reductase

Nrf:

ammonium-forming nitrite reductase

NOD:

nitric oxide dismutase

NOR:

nitric oxide reductase

NXR:

nitrite:nitrate oxidoreductase

pMMO:

particulate membrane-bound methane monooxygenase

PQQ:

pyrroloquinoline quinone

qNOR:

quinol-dependent nitric oxide reductase

quinoprotein:

protein containing PQQ at its active site

REE:

rare earth element

sMMO:

soluble methane monooxygenase

tat :

twin-arginine translocation signal

TMH:

transmembrane-spanning helix

XoxF:

homodimeric rare earth element-containing methanol dehydrogenase

Rights and permissions

Reprints and permissions

Copyright information

© 2015 Springer International Publishing Switzerland

About this chapter

Cite this chapter

Reimann, J., Jetten, M.S.M., Keltjens, J.T. (2015). Metal Enzymes in “Impossible” Microorganisms Catalyzing the Anaerobic Oxidation of Ammonium and Methane. In: Kroneck, P., Sosa Torres, M. (eds) Sustaining Life on Planet Earth: Metalloenzymes Mastering Dioxygen and Other Chewy Gases. Metal Ions in Life Sciences, vol 15. Springer, Cham. https://doi.org/10.1007/978-3-319-12415-5_7

Download citation

Publish with us

Policies and ethics