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Eisen-Schwefel-Cluster (Fe-S-Zentren) sind Mehrfachkomplexe aus Eisen, Nickel und Schwefel der Größe von Clustern, die als Kofaktoren an Enzymreaktionen beteiligt sind. Am häufigsten und stabilsten sind (4Fe-4S) und (2Fe-2S).
Diese Fe-S-Zentren wirken in Enzymen als Elektronentransferreaktanden, Lewis-Säuren und Radikal-Generatoren. So kann beispielsweise Stickstoff in Ammoniak, Wasserstoff in Protonen und Kohlenmonoxid in Kohlendioxid umgewandelt werden:
![\begin{align}
\mathrm{N}_2 + 10\ \mathrm{H}^+ + 8\ \mathrm{e}^- &\qquad\xrightarrow{[Fe-S]}\qquad 2\ \mathrm{NH}_4^+ + \mathrm{H}_2\\
\mathrm{H}_2 &\qquad\xrightarrow{[Fe-S]}\qquad 2\ \mathrm{H}^+ + 2\ \mathrm{e}^-\\
\mathrm{CO} + \mathrm{H_2O} &\qquad\xrightarrow{[Fe-S]}\qquad \mathrm{CO_2 + 2\ H^+ + 2\ e^-}
\end{align}](http://upload.wikimedia.org/math/3/a/6/3a64b4a340261f272b6c27c0c2bfe380.png)
Die Eisenatome der Zentren werden durch anorganisches Sulfid und die Seitenketten von Aminosäuren koordiniert. Cysteine können beispielsweise über ihre Mercapto-Gruppe koordinieren (s. Abb.).
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Bereits unter reduzierenden, wässrigen Bedingungen bilden sich spontan rhombische 2Fe-2S-Komplexe. Weitere Metallionen, z. B. Nickel oder Molybdän können in den Komplex in Folge aufgenommen werden. Dies geschieht im Organismus besonders effektiv unter Beteiligung eines Proteinkomplexes, der das Eisen-Schwefel-Cluster-Gerüstprotein (ISCU) enthält.
Dabei übernimmt ISCU die Rolle der Bindung der Eisenatome, die von ISCA herantransportiert werden, während das Enzym Cystein-Desulfurase unter Cysteinverbrauch Schwefelatome bereitstellt. Zunächst wird [2Fe-2S] zusammengestellt, das durch Dimerisierung schließlich [4Fe-4S] wird. Dieser Prozess kann sowohl in den Mitochondrien als auch im Zytosol stattfinden, wonach der fertige [4Fe-4S] ins Plasma transportiert oder gleich in bereitstehende Enzyme eingebaut wird.[1][2][3][4]
Anaerob lebende Bakterien und Archaeen enthalten teilweise auch sauerstoffempfindliche Enzyme mit einem nickel-, eisen- und schwefelhaltigem Zentrum, das als Cluster C bezeichnet wird.
Das Enzym Nitrogenase enthält als Kofaktor einen Fe-Mo-S-Cluster.
Eisen-Schwefel-Cluster kommen in Mitochondrien, Mitosomen und Hydrogenosomen vor.
