मीथेन मोनोऑक्सीजिनेज
| Particulate methane monooxygenase | |||||||||||
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| Symbol | pMMO | ||||||||||
| Pfam | PF02461 | ||||||||||
| InterPro | IPR003393 | ||||||||||
| OPM superfamily | 23 | ||||||||||
| OPM protein | 1yew | ||||||||||
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मीथेन मोनोऑक्सीजिनेज (MMO) एक एंजाइम है जो मीथेन के साथ-साथ अन्य अल्केन्स में C-H बॉन्ड को ऑक्सीडाइज़ करने में सक्षम है।[1] मीथेन मोनोऑक्सीजिनेज ऑक्सीडोरडक्टेस एंजाइम के वर्ग से संबंधित है (EC 1.14.13.25).
MMO के दो रूप हैं: अच्छी तरह से अध्ययन किया गया घुलनशील रूप (sMMO) और मीथेन मोनोऑक्सीजिनेज (कण)पार्टिकुलेट) | पार्टिकुलेट फॉर्म (pMMO)।[2] SMMO में सक्रिय साइट में एक ऑक्सीजन परमाणु (Fe-O-Fe) द्वारा ब्रिज किया गया एक डाय-आयरन केंद्र होता है, जबकि pMMO में सक्रिय साइट तांबे का उपयोग करती है। एक्स-रे क्रिस्टलोग्राफी द्वारा दोनों प्रोटीनों की संरचनाएं निर्धारित की गई हैं; हालाँकि, pMMO में सक्रिय साइट का स्थान और तंत्र अभी भी खराब समझा जाता है और सक्रिय अनुसंधान का एक क्षेत्र है।
मीथेन मोनोऑक्सीजिनेज (पार्टिकुलेट) और संबंधित अमोनिया मोनोऑक्सीजिनेज इंटीग्रल मेम्ब्रेन प्रोटीन हैं, जो क्रमशः मीथेनोट्रॉफ़्स और अमोनिया ऑक्सीडाइज़र में होते हैं, जिन्हें संबंधित माना जाता है।[3] इन एंजाइमों में अपेक्षाकृत व्यापक सब्सट्रेट विशिष्टता होती है और अमोनिया, मीथेन, हैलोजेनेटेड हाइड्रोकार्बन और सुगंधित अणुओं सहित कई प्रकार के सबस्ट्रेट्स के ऑक्सीकरण को उत्प्रेरित कर सकते हैं।[4] ये एंजाइम 3 उपइकाइयों - A (InterPro: IPR003393), बी (InterPro: IPR006833) और सी (InterPro: IPR006980) और अधिकांश में दो मोनोकॉपर केंद्र होते हैं।[5][6] मेथिलोकोकस कैप्सूलेटस (बाथ) से ए सबयूनिट मुख्य रूप से झिल्ली के भीतर रहता है और इसमें 7 ट्रांसमेम्ब्रेन हेलिकॉप्टर और एक बीटा-हेयरपिन होता है, जो बी सबयूनिट के घुलनशील क्षेत्र के साथ संपर्क करता है। माना जाता है कि एक संरक्षित ग्लूटामेट अवशेष धातु केंद्र में योगदान देता है।[5]
मीथेन मोनोऑक्सीजिनेज मीथेनोट्रोफिक बैक्टीरिया में पाए जाते हैं, बैक्टीरिया का एक वर्ग जो एरोबिक (ऑक्सीजन युक्त) और एनारोबिक (ऑक्सीजन रहित) वातावरण के इंटरफेस में मौजूद होता है। इस प्रकार के अधिक व्यापक रूप से अध्ययन किए गए जीवाणुओं में से एक मेथिलोकोकस कैप्सूलैटस (बाथ) है। यह जीवाणु बाथ, इंग्लैंड के गर्म झरनों में खोजा गया था।[7] विशेष रूप से, सख्ती से अवायवीय मेथनोट्रॉफ़्स भी मीथेन मोनोऑक्सीजिनेस को बंद कर सकते हैं, हालांकि जीन में महत्वपूर्ण बेमेल हैं जो सामान्य मेथनोट्रोफ़ की मांग करने वाले पीसीआर प्राइमर को मिलान से रोकते हैं।[8]
घुलनशील मीथेन मोनोऑक्सीजिनेज सिस्टम
अवायवीय अवसादों के माध्यम से मेथनोट्रोफिक बैक्टीरिया सायक्लिंग कार्बन की एक आवश्यक भूमिका निभाते हैं। साइकिल चलाने के पीछे का रसायन एक रासायनिक रूप से निष्क्रिय हाइड्रोकार्बन, मीथेन लेता है, और इसे एक अधिक सक्रिय प्रजाति, मेथनॉल में परिवर्तित करता है। अन्य हाइड्रोकार्बन एमएमओ द्वारा ऑक्सीकृत होते हैं, इसलिए एमएमओ सिस्टम की समझ के आधार पर एक नया हाइड्रॉक्सिलेशन उत्प्रेरक संभवतः प्राकृतिक गैस की विश्व आपूर्ति का अधिक कुशल उपयोग कर सकता है।[9] यह एक क्लासिक मोनोऑक्सीजिनेज प्रतिक्रिया है जिसमें एनएडी (पी) एच से दो कम करने वाले समकक्षों को ओ2 के ओ-ओ बंधन को विभाजित करने के लिए उपयोग किया जाता है। एक परमाणु को 2 ई-कमी द्वारा पानी में कम किया जाता है और दूसरा मेथनॉल उत्पन्न करने के लिए सब्सट्रेट में शामिल किया जाता है:[10] चौधरी4 + ओ2 + ओवर (पी) जी + जी+ -> सीएच3ओएच + एनएडी (पी)+ + एच2हे
MMO के दो रूप पाए गए हैं: घुलनशीलता और मीथेन मोनोऑक्सीजिनेज (कण)। घुलनशील MMO के सबसे अच्छे रूपों में तीन प्रोटीन घटक होते हैं: हाइड्रॉक्सिलेज़, β यूनिट और रिडक्टेस। जिनमें से प्रत्येक प्रभावी सब्सट्रेट हाइड्रॉक्सिलेशन और एनएडीएच ऑक्सीकरण के लिए आवश्यक है।[10]
संरचना
MMO के एक्स-रे क्रिस्टलोग्राफी से पता चलता है कि यह तीन सबयूनिट्स α2β2γ2 से बना एक मंदक है। 2.2 A रिज़ॉल्यूशन के साथ, क्रिस्टलोग्राफी से पता चलता है कि MMO 60 x 100 x 120 A के आयामों के साथ एक अपेक्षाकृत सपाट अणु है। इसके अलावा, अणु के केंद्र में एक उद्घाटन के साथ डिमर इंटरफ़ेस के साथ एक विस्तृत कैनियन चल रहा है। अधिकांश प्रोटोमर्स में α और β सबयूनिट्स से हेलिकॉप्टर शामिल होते हैं जिनमें γ सबयूनिट से कोई भागीदारी नहीं होती है। इसके अलावा, प्रोटोमर्स के साथ अंतःक्रिया राइबोन्यूक्लियोटाइड रिडक्टेस R2 प्रोटीन डिमर इंटरेक्शन के समान होती है, जो हृदय के समान होती है।[11][12] प्रत्येक लोहे में छह समन्वयित अष्टफलकीय वातावरण होता है। डाइन्यूक्लियर आयरन केंद्र α सबयूनिट में स्थित हैं। प्रत्येक लोहे के परमाणुओं को हिस्टडीन δN परमाणु, Fe 1 से उनके 147 और Fe 2 से उनके 246 तक समन्वित किया जाता है, Fe 1 एक मोनोडेंटेट कार्बोक्सिलेट, ग्लू 114, एक सेमी ब्रिजिंग कैबोक्सिलेट, ग्लू 144, और एक पानी के अणु से जुड़ा होता है। .[9]
प्रतिक्रिया होने के लिए सब्सट्रेट को सक्रिय साइट के पास बांधना चाहिए। लोहे के केंद्रों के पास हाइड्रोफोबिक पॉकेट हैं। ऐसा माना जाता है कि यहां मीथेन बंधी रहती है और जरूरत पड़ने तक बनी रहती है। एक्स-रे क्रिस्टलोग्राफी से इन पैकेटों का कोई सीधा रास्ता नहीं है। हालाँकि, Phe 188 या The 213 साइड-चेन्स में थोड़ा सा कन्फॉर्मेशन परिवर्तन एक्सेस की अनुमति दे सकता है।[9]युग्मन प्रोटीन और सक्रियता के बंधन से इस परिवर्तनकारी परिवर्तन को ट्रिगर किया जा सकता है।
कमी करने पर, कार्बोक्जिलेट लिगैंड्स में से एक टर्मिनल मोनोडेंटेट लिगैंड के पीछे से "1,2 कार्बोक्जिलेट" शिफ्ट से गुजरता है, दो लोहे के लिए ब्रिजिंग लिगैंड के साथ, दूसरा ऑक्सीजन Fe 2 के लिए समन्वित होता है। MMOH के कम रूप मेंred, Fe के लिए लिगैंड वातावरण प्रभावी रूप से पांच समन्वित हो जाता है, एक ऐसा रूप जो क्लस्टर को डाइऑक्सीजन को सक्रिय करने की अनुमति देता है।[10]दो आयरन इस बिंदु पर FeIV में ऑक्सीकृत हैं और लो-स्पिन लौह-चुंबकीय से हाई-स्पिन एंटीफेरोमैग्नेटिज्म में बदल गए हैं।
प्रस्तावित उत्प्रेरक चक्र और तंत्र
एमएमओएच सेredडायरॉन केंद्र ओ के साथ प्रतिक्रिया करते हैं2 मध्यवर्ती पी बनाने के लिए। यह मध्यवर्ती एक पेरोक्साइड प्रजाति है जहां ऑक्सीजेंस सममित रूप से बंधे होते हैं, स्पेक्ट्रोस्कोपिक अध्ययन द्वारा सुझाए गए हैं।[13] हालाँकि, संरचना ज्ञात नहीं है। इंटरमीडिएट P तब इंटरमीडिएट Q में परिवर्तित हो जाता है, जिसमें दो एंटीफेरोमैग्नेटिक रूप से युग्मित हाई-स्पिन FeIV केंद्र शामिल करने का प्रस्ताव था।[10]अपने डायमंड कोर के साथ यह कंपाउंड क्यू एमएमओ के लिए ऑक्सीडाइजिंग प्रजाति के लिए महत्वपूर्ण है।
यौगिक क्यू और अल्केन के बीच प्रतिक्रिया के लिए दो तंत्र सुझाए गए हैं: कट्टरपंथी और गैर-कट्टरपंथी। कट्टरपंथी तंत्र सब्सट्रेट से हाइड्रोजन परमाणु के अमूर्त के साथ शुरू होता है ताकि क्यूएच (दर निर्धारण कदम), हाइड्रॉक्सिल ब्रिज्ड कंपाउंड क्यू और फ्री एल्काइल रेडिकल बनाया जा सके। गैर-कट्टरपंथी तंत्र का तात्पर्य एक ठोस मार्ग से है, जो चार-केंद्र संक्रमण अवस्था के माध्यम से होता है और "हाइड्रिडो-अल्काइल-क्यू" यौगिक की ओर जाता है। 1999 तक, शोध से पता चलता है कि मीथेन ऑक्सीकरण एक बाउंड-रेडिकल तंत्र के माध्यम से आगे बढ़ता है।
यह सुझाव दिया गया था कि कट्टरपंथी तंत्र के लिए संक्रमण राज्य में हाइड्रॉक्सिल ओएच लिगैंड का मरोड़ गति शामिल है, इससे पहले कि मिथाइल रेडिकल अल्कोहल बनाने के लिए ब्रिजिंग हाइड्रॉक्सिल लिगैंड में जोड़ सकता है। कट्टरपंथी दृष्टिकोण के रूप में, अल्केन के एच परमाणु कोप्लानार ट्राइकॉर्डिनेट ओ पर्यावरण छोड़ देते हैं और टेट्राहेड्रल टेट्राकोर्डिनेट ओ वातावरण बनाने के लिए ऊपर की ओर झुकते हैं।[10]
इस प्रतिक्रिया का अंतिम चरण अल्कोहल का उन्मूलन और उत्प्रेरकों का पुनर्जनन है। ऐसा होने के कुछ तरीके हैं। यह एक चरणबद्ध तंत्र हो सकता है जो शराब के उन्मूलन और एक मध्यवर्ती Fe-O-Fe कोर के साथ शुरू होता है, और बाद वाला पानी को खत्म कर सकता है और 2e- कमी के माध्यम से एंजाइम को पुन: उत्पन्न कर सकता है। दूसरी ओर, यह पानी के अणु को देने के लिए O1 परमाणु को पाटने की 2e- कमी प्रक्रिया के साथ शुरू हो सकता है, इसके बाद अल्कोहल का उन्मूलन और एंजाइम का पुनर्जनन हो सकता है। इसके अलावा, यह संभव है कि एक ठोस तंत्र हो जिससे मेथनॉल का उन्मूलन अनायास 2e- ब्रिजिंग O1 केंद्र की कमी और उत्प्रेरक के पुनर्जनन के साथ होता है।[10]
यह भी देखें
- जैव अकार्बनिक रसायन
- ऑक्सीजनेज़
- शिलोव प्रणाली
संदर्भ
- ↑ Sazinsky MH, Lippard SJ (2015). "Chapter 6 Methane Monooxygenase: Functionalizing Methane at Iron and Copper". In Kroneck PM, Torres ME (eds.). Sustaining Life on Planet Earth: Metalloenzymes Mastering Dioxygen and Other Chewy Gases. Metal Ions in Life Sciences. Vol. 15. Springer. pp. 205–256. doi:10.1007/978-3-319-12415-5_6. ISBN 978-3-319-12414-8. PMID 25707469.
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अग्रिम पठन
- Fraústo da Silva JJ, Williams RJ (2008). The biological chemistry of the elements : the inorganic chemistry of life (2nd ed.). Oxford: Oxford University Press. ISBN 978-0-19-850848-9.
बाहरी संबंध
- UMich Orientation of Proteins in Membranes protein/pdbid-1yew
- methane+monooxygenase at the US National Library of Medicine Medical Subject Headings (MeSH)
