甲烷 羥基化酶的晶體結構
化學先生 / 2019-07-30
為詳細了解甲烷單加氧酶的空間結構信息，1993年，Lippard領導的科研小組首先在Nature上報道了M.capsulatusBath菌的羥基化酶晶體結構，在學術界引起極大興趣。
羥基化酶經(jīng)過純化以后，他們對緩沖液、鹽濃度沉淀劑、溫度、pH、蛋白質(zhì)濃度等結晶參數(shù)進行了1000 多次篩選，首次用真空擴散法獲得了Bath菌的MMOH晶體，并進行了X光單晶街射分析。
發(fā)現(xiàn)，該晶體呈斜方型(6nmX 10nmX 12nm),兩個單體以非晶體學對稱軸折疊，在分子中心有一個“谷”沿著兩個單體的界面展開，三個亞基組成以a螺旋為主，a亞基有2個城，一個是由6個長的a螺旋(ABCEFG)和6個短的a螺旋組成;另一個城有7個小a螺旋，2個β發(fā)夾式折疊組成; β亞基由12個a螺旋組成，其中6個a螺旋是由25個以上的氨基酸殘基組成: Y亞基位于a、β亞基交界面的最外面，由8個a螺旋組成。
a、β亞基相互作用并纏繞在一起，MMOH的單體構成了“心”的形狀，兩個二聚體相毗鄰形成大于兩倍單體體積的分子。1994 年，Lipscomb 領導的研究組報道了OB3b菌羥基化酶的晶體構象，該晶體也呈斜方型(26. 45nmX7.12nmX 13.94nm),有一半的MMOH量不對稱性。
Elango則測定了其晶體結構和部分氨基酸序列，表明其雙核鐵活性中心Fe-Fe的距離為0. 299nm,雙核鐵活性中心的結構與Bath菌羥基化酶基本相同，說明不同菌種來源的MMOH基本具有共同的結構特征,
MMOH的雙核鐵活性中心位于a亞基，這與其它類似實驗結果一致，每個MMOH分子中含有4個Fe原子。盡管Dewit11]的實驗曾指出，每分子MMOH中只有2個Fe原子，很可能是由于純化過程中，造成一部分Fe丟失而引起的試驗誤差。
每個MMOH蛋白分子中含有4個鐵原子的實驗事實，支持了每個MMO分子中包含2個類似的雙鐵核活性中心的假設，修正了Atta等的旱期實驗報道，他們曾認為每個MMO分子只含有一個活性中心。
在來源于Bath菌的sMMOH中，兩個活性中心的距離為4. 5nm,雙核鐵原子位于a螺旋E和F之中。大多數(shù)雙核鐵活性中心的配位環(huán)境和幾何構型有很好的一致性，通過X光單晶行射分析，F(xiàn)eFe的距離為0.34nm,與EXAFS譜結果基本致(O. 342nm)。
雙核鐵由兩個非蛋白配位橋連接， 每個雙鐵核中心由4個谷氨酸、2個組氨酸、1個水分子配位，星八面體構型。自然狀態(tài)下雙核鐵原子呈現(xiàn)氧化狀態(tài)，不論用EXAFS、ENDOR,還是EPR、Mossbauer譜表征，所顯示的雙核鐵中心配位環(huán)境都基本-致。
這兩個雙核鐵中心的構型是完全相似的，都顯示出不對稱性。雙核鐵中心有一個疏水腔，鐵原子和它的配基定位在這個腔的內(nèi)表面上，這一環(huán)境可能為底物氧化提供了合適的場所。在這里，O2分子被活化，將一個氧原子插入到甲烷分子中形成甲醇。盡管結構研究并沒有直接提供反應機理的信息，但它為反應機理的研究提供了二些可參考的線索，雙核鐵中心水和乙酸鹽配基的位置很可能就是還原態(tài)鐵原子與O2的結合處。
![3-[N-三(羥甲基)甲胺]-2-羥基丙磺酸C7H17NO7S](images/202408/thumb_img/5590_thumb_G_1722841877162.jpg)
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