甲烷MMOH双铁核中心构型
化学先生 / 2019-07-30
为了阐明MMO可能的反应机理，Rosenzweig 等对Bath菌的MMOH晶体分别在4C、- 160C进行XFA表征。证明在一160°C时，双核铁中心由4个谷氨酸、2个组氨酸、1个乙酸基配位，但在4C时，乙酸配基则被水分子取代。因此在4C和一160C情况下，活性中心的构型是不同的，如图3-3所示。Shu等研究了OB3b的MMOH晶体活性中心结构，得出了同样的结果。
为了阑明催化过程中活性中心的作用机制，Whittington 等研究了不同氧化还原状态下MMOH的晶体结构，并采用两种方法对双核铁进行还原、半还原，一种方法是先还原后结晶，另一种方法是先结晶后还原，结果表明这两种方法还原的MMOH活性中心结构是有区别的。
(1)氧化态MMOH的两个原体并不是完全对称的它们表面 上的氨基酸残基、分子内相互作用是相似的，但与两个铁配位的组氨酸咪唑环不在同一个平面上，而是成19角，Glu144 与Fel的配位更紧密一些。Bath菌的氧化态MMOH与OB3b菌的氧化态MMOH不同，其Glu243中的氧原子与羧基桥以氢键相连，而不是与Fel的水相连，Fel-Fe2 之间的距离为0. 31nm,如图3-4所示。
(2)半还原态MMOH
①先还原后结晶。活性中心的一个铁被还原后，Fe-Fe的距离从0.31nm增加到0.34nm,这一点与EXAFSI11]表征结果一致，Fel保持氧化态，Fe2成为四配位(Glu209，Glu243, His246和p-OH)的还原态，Glu144尽管保持在原位，但与Fe2的距离变为0, 35nm,如图3-5所示。
②先结晶后还原。原体1中Glu243的第二个氧原子结合到Fe2(0.24nm),而原体2中Glu243 的两个氧原子与Fe2结合成为氢键(O.29nm),如图3-6所示。
③还原态MMOH
a. 先结晶后还原。Glu243的末端由单配位变为双配位，结合到Fe2的双铁羟基桥上，与Glu144和双铁羟基桥的结合相比更加对称。邻近活性中心的a(F)螺旋的氢键被扭曲，a(E)螺旋发生旋转，这个变化改变了a(F)螺旋暴露在表面的Leu244位置。Arg245也发生移动，这在氧化态、半还原态中均没有观察到，如图3-7 所示。
b.先还原后结晶。Fe2完全丟失，只剩Fel,如图3-8所示，说明在还原态时Fe2是不稳定的，Fel比Fe2结合更牢固，因而造成Glu144构型改变，与Fel成单配位，His147 保持不变，Glu114在单体1的构型有变化，Fel末端水丢失。总的来看，双核铁中心的两个铁原子的配位情况和稳定性是不同的，Fel比Fe2更稳定，在纯化过程中，丢失的铁原子很有可能就是Fe2.
Whittington等研究了pH对MMOH晶体结构的影响，发现在pH6.2与pH7.0环境中活性中心几何构型相同，FeFe的距离、Fe与配基间距离、双核铁间羟基氧桥(pOH)的电子密度基本相同:在pH8.5.与pH7.0相比所不同的是Fe与Glul44间的距离有所增加，Fel末端水分子明显丢失，如果pH大于8.5或小于6.2,晶体结构将被破坏。华绍烽等的研究也印证了这一点，说明MMOH的稳定性pH为6.2~7.5,在pH小于5或大于8.5时，比活损失一半以上。甲醇、乙醇是甲烷、乙烷的羟基化产物，对它的观察有助于了解反应机理，从晶体结构看，甲醇结合在两个铁原子(氧化态)间的羟基氧桥(p-OH)上，而乙醇主要结合在Fel上，与Fe2结合很弱。在4C、0.22nm分辨率和一160C、0. 17nm分辨率的条件下，观察氧化态的MMOH 冰冻晶体结构，说明每个单体中a亚基含有一个双核铁中心，与双核铁中心配位的是2个组氨酸、4个谷氨酸羧酸和一个末端水配基组成，构成了铁的完整配位城，这个配位城在反应过程中是易受环境影响而改变的。
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