Structural and Kinetic Studies of MMOR in sMMO Studied by EPR Spectroscopy

Abstract

Methane monooxygenase (MMO) is able to turn into inert methane to methanol biologically. Therefore, it is gaining significant attention due to its crucial role in global carbon cycle and to retard greenhouse effect by removing methane from the atmosphere. Moreover, methanol, the product of MMO’s methane oxidation reaction, is also able to use alternative energy. The soluble form of MMO which is one of the MMO’s enzymes has three essential components; (I) Hydroxylase (MMOH), (II) Reductase (MMOR), and (III) regulatory component (MMOB). MMOR consists of flavin adenine dinucleotide (FAD) containing and [2Fe-2S] cluster domains. It is known that MMOR regulates electron transfer to MMOH for O2 activation. However, a role of MMOR about electron transfer pathway still need to be discovered. To illustrate electron transfer pathway of MMOR, we have investigated the structures and kinetics of MMOR by CW-EPR, pulsed EPR spectroscopies. As results, we confirmed that reduced MMOR consists of neutral flavin radical and ferredoxin having rhombic g-value in terms of EPR spectroscopy. We also confirmed that electron transfer rate of [2Fe-2S]+ is faster than neutral flavin radical. In addition, we investigated effects of MMOB on MMOR through structural and kinetic studies. Although MMOB do not effect on structure of reduced MMOR components, it decrease the electron transfer rate of MMOR. Therefore, these studies are able to help understanding MMO system.;메탄 모노산소첨가효소 (MMO)는 메탄을 메탄올로 전환할 수 있다. 따라서, 이 효과는 온실가스인 메탄을 감소시킬 수 있고 수송이 어려운 기체인 메탄의 수송을 편리하게 할 수 있다. 또한, 생성물인 메탄올은 석유를 대체할 에너지로 이용이 가능하기 때문에, MMO의 구조 및 메커니즘을 규명하는 것은 메탄올을 실용화 하기위한 기술을 제공하는 데 중요하다. 구리가 없는 환경에서 작용하는 수용성 MMO 는 3가지 구성성분인 MMOH, MMOR, MMOB 로 이루어져 있다. 그 중 MMOR 은 flavin adenine dinucleotide (FAD) 와 [2Fe-2S]2+ 로 이루어져 있다. 이들은 MMOH 로 전자 및 양성자를 전달하는데 관여 하는 것으로 알려져 있다. 그러나, 전자 전달 과정 중 나타나는 구조 및 전자전달 체계는 규명되지 않았다. 따라서, 우리는 전자상자기공명 기기를 사용하여, 환원된 MMOR에 neutral flavin radical 및 ferredoxin 구조를 가진 [2Fe-2S]+ 의 상세한 구조를 규명하였으며 전자전달 속도를 계산하였다. 그 결과 [2Fe-2S]+ 의 전자전달 속도가 SQ 보다 3.4 배 빠른 것을 확인 하였으며, MMOB 와 결합시킨 MMOR의 전자 전달 속도는 [2Fe-2S]+ 는 36% , FADH• 는 51% 감소하는 것을 확인하였다. 따라서, 본 연구는 MMO의 구성성분 간 전자전달 과정을 이해하는데 중요한 역할을 할 것이라 사료된다.