Neues über Methan-Monooxygenase

Weiterführende Erkenntnisse über die biologische Methanolproduktion

Medienmitteilung des Max-Planck-Instituts für Chemische Energiekonversion (CEC) in Mülheim an der Ruhr: “Die lösliche Methan-Monooxygenase ist ein Multiproteinkomplex (sMMO) und eines von zwei Enzymen in der Natur, die in der Lage sind, Methan in Methanol umzuwandeln. Daher ist das Protein und seine Fähigkeiten von großem Interesse für die Brennstoff-Umwandlungstechnologie.” Neues zum Verständnis der biologischen Methanolproduktion.

Besonders wichtig und interessant bei dem Umwandlungsprozess ist das Q-Zwischenprodukt der Methan-Monooxygenase. Q hat die einzigartige Fähigkeit, die sehr starke C-H-Bindung von Methan zu oxidieren, um dann ein Sauerstoffatom unter Bildung von Methanol einzubringen. Diese sehr grundlegende chemische Reaktion ist bisher nicht gut charakterisiert.

Ein Team von Wissenschaftlern um Prof. Serena DeBeer, Direktorin der Abteilung ‘Anorganische Spektroskopie‘ am MPI CEC, will die Struktur des Q-Zwischenprodukts besser verstehen und hat es sich mit Hilfe der Röntgenabsorptions-Spektroskopie genauer angeschaut und vor allem den Abstand von zwei Eisenatomen untersucht. Die genaue Benennung des Abstandes kann dabei helfen zu erkennen, ob in Q eine “Diamant”-Di-Eisen(Diiron)-Kernstruktur oder eine offene Kernstruktur vorliegt. Frühere EXAFS-Analysen zeigten, dass die beiden Eisen der aktiven Stelle sehr nahe beieinander liegen (2,46 Å). Mit hochauflösender EXAFS-Spektroskopie konnten die Wissenschaftler jetzt ohne die Beeinflussung von Hintergrundsignalen feststellen, dass es keine Hinweise auf eine kurze Fe-Fe-Distanz gibt, sondern eher eine lange 3,4 Å Diiron-Distanz vorliegt, wie sie in offenen synthetischen Modellkomplexen beobachtet wird.

Diese Erkenntnis, veröffentlicht im November im Journal of American Chemical Society (JACS), trägt wesentlich zum Verständnis der biologischen Methanolproduktion bei. Darüber hinaus zeigt die Forschung von Prof. DeBeer, dass unerwünschte Hintergrundsignale bisherige Daten verunreinigten und so Analysen irreführten. Neue, hochmoderne EXAFS-Spektroskopie macht es möglich die störenden Hintergrundsignale auszublenden. Das hat breite Auswirkungen auf EXAFS-Studien an allen verdünnten eisenhaltigen Proben.

[note Abstract aus dem Journal of American Chemical Society: Trotz jahrzehntelanger intensiver Forschung bleibt die Kernstruktur des Methan-C-H-bindungsbrechenden Di-Eisen(IV)-Zwischenprodukts Q der löslichen Methanmonooxygenase umstritten, wobei widersprüchliche Berichte entweder eine “Diamant”-Di-Eisen-Kernstruktur oder eine offene Kernstruktur unterstützen. Frühe erweiterte Röntgenabsorptions-Feinstrukturdaten (X-ray absorption fine structure data – EXAFS), denen eine kurze Entfernung von 2,46 Å Fe-Fe zu Q zugeordnet wurde (Shu et al. Science 1997, 275, 515), die mit mehreren theoretischen Studien unvereinbar ist und im Widerspruch zu unseren jüngsten hochauflösenden Fe K-Kanten-Röntgenabsorptionsspektroskopie (XAS) Studien steht (Castillo et al. J. Am. Chem. Soc. 2017, 139, 18024). Hierin überprüfen wir die EXAFS von Q mit Hilfe von hochenergetischen, fluoreszenzdetektierten HERFD-EXAFS-Studien (Extended X-ray Absorption Fine Structure). Die vorliegenden Daten zeigen keine Hinweise auf eine kurze Fe-Fe-Distanz, sondern eine lange 3,4 Å Di-Eisen-Distanz, wie sie in offenen synthetischen Modellkomplexen beobachtet wird. Das zuvor berichtete Merkmal 2,46 Å ergibt sich plausibel aus einem metallischen Eisenhintergrundbeitrag aus dem Versuchsaufbau, der bei HERFD-EXAFS aufgrund der erhöhten Selektivität eliminiert wird. Hierin untersuchen wir den Ursprung des kurzen Di-Eisen-Features bei teilfluoreszierenden EXAFS-Messungen und diskutieren die diagnostischen Merkmale des Beitrags der metallischen Hintergrundstreuung zu den EXAFS von verdünnten biologischen Proben. Schließlich werden Unterschiede in der Probenvorbereitung und die daraus resultierende Probeninhomogenität bei schnell einfriergehärteten Proben für die EXAFS-Analyse diskutiert. Die vorgestellten Ansätze haben breite Auswirkungen auf EXAFS-Studien an allen verdünnten eisenhaltigen Proben. Übersetzt mit www.DeepL.com/Translator]

->Quellen: