Dimetall-karboxylat proteiner som innehåller järn och mangan

Varför är det två olika metaller istället för en?

I naturen finns en mängd av enzymer som innehåller metalljoner i det aktiva sätet. Metalljonerna ger möjligheter för enzymerna att katalysera kemiska reaktioner som annars hade varit svåråtkomliga. En klass av enzymer innehåller två järnjoner i det aktiva sätet och har kallats dijärn-karboxylat proteiner eller dimetall-karboxylat proteiner. Som namnet antyder är metalljonerna i det aktiva sätet bundna till, och bryggade av, flera karboxylsyragrupper. De mest studerade medlemmarna i familjen är bakteriella multikomponent-monooxygenaser (BMMOs), särskilt lösligt metanmonooxygenas (sMMO), och ribonukleotid reduktas R2 proteiner (RR2s).

Nyligen har man hittat nya proteiner som i stället för två järnatomer har en järnatom och en manganatom i det aktiva sätter. Dessa järn-mangan proteiner katalyserar så vitt man vet samma typ av reaktioner som järn-järn varianterna och i de förslagna mekanismerna finns högvalenta metalljoner (FeIII, FeIV, MnIII och MnIV) i viktiga intermediat, precis som i t.ex. sMMO.

Tillsammans med grupper vid Stockholm Universitet, Freie Universität Berlin, och Technische Universität Kaiserslautern har vi ett projekt där vi studerar dessa Fe-Mn varianter av dimetall-karboxylat proteiner. Vi är särskilt intresserade i frågor som rör specificitet för de olika metallerna. Hur vet enzymet vilken metalljon det ska binda var och hur kan det skilja mellan de olika metalljonera. Och varför binder enzymet två olika metalljoner och inte bara en sorts, kan ett järn-mangan-enzym utföra en annan sorts kemi än ett järn-järn-enzym?

Figur ovan: Det aktiva sätet med en järnjon och en manganjon i en R2 homolog från Mycobacterium tuberculosis.