Neue Publikation im Journal of the American Chemical Society

Weiterführende Erkenntnisse über die biologische Methanolproduktion

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 Brennstoffumwandlungstechnologie.

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 Röntgenabsorptionsspektroskopie genauer angeschaut und insbesondere den Abstand von zwei Eisenatomen untersucht. Die genaue Benennung des Abstandes kann dabei helfen zu erkennen, ob in Q eine "Diamant"-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 in 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.

Publikation: Cutsail III, G.E., Banerjee, R., Zhou, A., Que, L., Lipscomb, J.D., DeBeer, S. (2018). High-Resolution EXAFS Provides Evidence for a Longer Fe•••Fe Distance in the Q Intermediate of Methane Monooxygenase. Journal of American Chemical Society. https://doi.org/10.1021/jacs.8b10313