Abstract Glutamine synthetases (GS) are central enzymes essential for the nitrogen metabolism across all domains of life. Consequently, they have been extensively studied for more than half a century. Based on the ATP dependent ammonium assimilation generating glutamine, GS expression and activity are strictly regulated in all organisms. In the methanogenic archaeon Methanosarcina mazei , it has been shown that the metabolite 2-oxoglutarate (2-OG) directly induces the GS activity. Besides, modulation of the activity by interaction with small proteins (GlnK 1 and sP26) has been reported. Here, we show that the strong activation of M. mazei GS (GlnA 1 ) by 2-OG is based on the 2-OG dependent dodecamer assembly of GlnA 1 by using mass photometry (MP) and single particle cryo-electron microscopy (cryo-EM) analysis of purified strep-tagged GlnA 1 . The dodecamer assembly from monomers/dimers occurred without any detectable intermediate oligomeric state and was not affected in the presence of GlnK 1 . The 2.39 Å cryo-EM structure of the dodecameric complex in the presence of 12.5 mM 2-OG demonstrated that 2-OG is binding between two monomers. Thereby, 2-OG appears to induce the dodecameric assembly in a cooperative way. Furthermore, the active site is primed by an allosteric interaction cascade caused by 2-OG-binding towards an adaption of the transition state catalytic conformation. In the presence of additional glutamine, strong feedback inhibition of GS activity was observed. Since glutamine dependent disassembly of the dodecamer was excluded by MP, feedback inhibition most likely relies on an allosteric binding of glutamine to the catalytic site. Based on our findings, we propose that under nitrogen limitation the induction of M. mazei GS into a catalytically active dodecamer is not affected by GlnK 1 and crucially depends on the presence of 2-OG.

The Rnf complex is the primary respiratory enzyme of several anaerobic prokaryotes that transfers electrons from ferredoxin to NAD+ and pumps sodium ions (Na+) across a membrane, powering ATP synthesis. Rnf is widespread in primordial organisms and the evolutionary predecessor of the Na+-pumping NADH-quinone oxidoreductase (Nqr)1. By running in reverse, Rnf reduces ferredoxin with NADH as reductant at the expense of the transmembrane electrochemical ion gradient and provides low potential electrons for nitrogenases as well as CO2 reductases. Yet, the molecular principles that couple the long-range electron transfer to the Na+ translocation across the membrane remain elusive. Here we resolve key functional states along the electron transfer pathway using redox-controlled cryo-electron microscopy (cryo-EM) that, in combination with biochemical functional assays and atomistic molecular simulations, provide key insight into the redox-driven Na+ pumping mechanism. We show that the reduction of the unique membrane-embedded [2Fe2S] cluster in the vestibule between the RnfA/E subunits electrostatically attracts the sodium ions, and in turn, triggers an inward/outward transition with alternating membrane access driving the Na+ pump and the reduction of NAD+. Our study unveils an ancient mechanism for redox-driven ion pumping, and provides key understanding of the fundamental principles governing energy conversion in biological systems.

Abstract This study proposes a novel approach for the rapid transformation of bimetallic NiCo‐oxides into trimetallic NiCoPt alloys using a pulsed laser technique in an ethanol medium in the presence of Pt salts. The electrochemical results demonstrate the exceptional dual‐functional activity of the optimized NiCoPt‐10 alloy, effectively catalyzing both hydrogen evolution reaction (HER) and hydrazine oxidation reaction (HzOR). Specifically, the NiCoPt‐10 alloy presents a low overpotential of 90 mV at 10 mA·cm −2 for HER and a small working potential of 0.068 V versus the reversible hydrogen electrode (RHE) at 10 mA·cm −2 for HzOR. In situ Raman spectroscopy and theoretical calculations delivered insights into the dual‐functional activity of the NiCoPt alloy. Consequently, the overall hydrazine splitting (OHzS) electrolyzer, employing a NiCoPt‐10||NiCoPt‐10 configuration, required only 0.295 V to deliver 10 mA·cm −2 . Notably, using this dual‐functional NiCoPt‐10 catalyst as the cathode combined with Zn foil as the anode in a Zn–hydrazine (Zn‐Hz) battery, achieved efficient hydrogen (H 2 ) production with an energy efficiency of 97%. Furthermore, self‐powered H 2 production is realized by integrating the Zn‐Hz battery with the OHzS electrolyzer, demonstrating its excellent potential for practical applications. Thus, this rapid synthetic strategy can aid in designing effective electrocatalysts for addressing challenges in H 2 energy production.

The interaction between Plasmodium vivax Duffy binding protein (PvDBP) and Duffy antigen receptor for chemokines (DARC) has been described as critical for the invasion of human reticulocytes, although increasing reports of P. vivax infections in Duffy-negative individuals questions its unique role. To investigate the genetic diversity of the two main protein ligands for reticulocyte invasion, PvDBP and P. vivax Erythrocyte Binding Protein (PvEBP), we analyzed 458 isolates collected in Cambodia and Madagascar. First, we observed a high proportion of isolates with multiple copies PvEBP from Madagascar (56%) where Duffy negative and positive individuals coexist compared to Cambodia (19%) where Duffy-negative population is virtually absent. Whether the gene amplification observed is responsible for alternate invasion pathways remains to be tested. Second, we found that the PvEBP gene was less diverse than PvDBP gene (12 vs. 33 alleles) but provided evidence for an excess of nonsynonymous mutations with the complete absence of synonymous mutations. This finding reveals that PvEBP is under strong diversifying selection, and confirms the importance of this protein ligand in the invasion process of the human reticulocytes and as a target of acquired immunity. These observations highlight how genomic changes in parasite ligands improve the fitness of P. vivax isolates in the face of immune pressure and receptor polymorphisms.