甲烷MMOH雙鐵核中心構(gòu)型
化學(xué)先生 / 2019-07-30
為了闡明MMO可能的反應(yīng)機理，Rosenzweig 等對Bath菌的MMOH晶體分別在4C、- 160C進行XFA表征。證明在一160°C時，雙核鐵中心由4個谷氨酸、2個組氨酸、1個乙酸基配位，但在4C時，乙酸配基則被水分子取代。因此在4C和一160C情況下，活性中心的構(gòu)型是不同的，如圖3-3所示。Shu等研究了OB3b的MMOH晶體活性中心結(jié)構(gòu)，得出了同樣的結(jié)果。
為了闌明催化過程中活性中心的作用機制，Whittington 等研究了不同氧化還原狀態(tài)下MMOH的晶體結(jié)構(gòu)，并采用兩種方法對雙核鐵進行還原、半還原，一種方法是先還原后結(jié)晶，另一種方法是先結(jié)晶后還原，結(jié)果表明這兩種方法還原的MMOH活性中心結(jié)構(gòu)是有區(qū)別的。
(1)氧化態(tài)MMOH的兩個原體并不是完全對稱的它們表面 上的氨基酸殘基、分子內(nèi)相互作用是相似的，但與兩個鐵配位的組氨酸咪唑環(huán)不在同一個平面上，而是成19角，Glu144 與Fel的配位更緊密一些。Bath菌的氧化態(tài)MMOH與OB3b菌的氧化態(tài)MMOH不同，其Glu243中的氧原子與羧基橋以氫鍵相連，而不是與Fel的水相連，F(xiàn)el-Fe2 之間的距離為0. 31nm,如圖3-4所示。
(2)半還原態(tài)MMOH
①先還原后結(jié)晶?；钚灾行牡囊粋€鐵被還原后，F(xiàn)e-Fe的距離從0.31nm增加到0.34nm,這一點與EXAFSI11]表征結(jié)果一致，F(xiàn)el保持氧化態(tài)，F(xiàn)e2成為四配位(Glu209，Glu243, His246和p-OH)的還原態(tài)，Glu144盡管保持在原位，但與Fe2的距離變?yōu)?, 35nm,如圖3-5所示。
②先結(jié)晶后還原。原體1中Glu243的第二個氧原子結(jié)合到Fe2(0.24nm),而原體2中Glu243 的兩個氧原子與Fe2結(jié)合成為氫鍵(O.29nm),如圖3-6所示。
③還原態(tài)MMOH
a. 先結(jié)晶后還原。Glu243的末端由單配位變?yōu)殡p配位，結(jié)合到Fe2的雙鐵羥基橋上，與Glu144和雙鐵羥基橋的結(jié)合相比更加對稱。鄰近活性中心的a(F)螺旋的氫鍵被扭曲，a(E)螺旋發(fā)生旋轉(zhuǎn)，這個變化改變了a(F)螺旋暴露在表面的Leu244位置。Arg245也發(fā)生移動，這在氧化態(tài)、半還原態(tài)中均沒有觀察到，如圖3-7 所示。
b.先還原后結(jié)晶。Fe2完全丟失，只剩Fel,如圖3-8所示，說明在還原態(tài)時Fe2是不穩(wěn)定的，F(xiàn)el比Fe2結(jié)合更牢固，因而造成Glu144構(gòu)型改變，與Fel成單配位，His147 保持不變，Glu114在單體1的構(gòu)型有變化，F(xiàn)el末端水丟失。總的來看，雙核鐵中心的兩個鐵原子的配位情況和穩(wěn)定性是不同的，F(xiàn)el比Fe2更穩(wěn)定，在純化過程中，丟失的鐵原子很有可能就是Fe2.
Whittington等研究了pH對MMOH晶體結(jié)構(gòu)的影響，發(fā)現(xiàn)在pH6.2與pH7.0環(huán)境中活性中心幾何構(gòu)型相同，F(xiàn)eFe的距離、Fe與配基間距離、雙核鐵間羥基氧橋(pOH)的電子密度基本相同:在pH8.5.與pH7.0相比所不同的是Fe與Glul44間的距離有所增加，F(xiàn)el末端水分子明顯丟失，如果pH大于8.5或小于6.2,晶體結(jié)構(gòu)將被破壞。華紹烽等的研究也印證了這一點，說明MMOH的穩(wěn)定性pH為6.2~7.5,在pH小于5或大于8.5時，比活損失一半以上。甲醇、乙醇是甲烷、乙烷的羥基化產(chǎn)物，對它的觀察有助于了解反應(yīng)機理，從晶體結(jié)構(gòu)看，甲醇結(jié)合在兩個鐵原子(氧化態(tài))間的羥基氧橋(p-OH)上，而乙醇主要結(jié)合在Fel上，與Fe2結(jié)合很弱。在4C、0.22nm分辨率和一160C、0. 17nm分辨率的條件下，觀察氧化態(tài)的MMOH 冰凍晶體結(jié)構(gòu)，說明每個單體中a亞基含有一個雙核鐵中心，與雙核鐵中心配位的是2個組氨酸、4個谷氨酸羧酸和一個末端水配基組成，構(gòu)成了鐵的完整配位城，這個配位城在反應(yīng)過程中是易受環(huán)境影響而改變的。
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