Введение к работе
Метанотрофы, насчитывающие нескольких сотен видов, для своего развития используют метан в качестве единственного источника углерода и энергии. Ежегодно они перерабатывают около 10 т метана. Таким образом, они играют большую роль в круговороте углерода на нашей планете. Метаболизм этих бактерий начинается с окисления метана до метанола молекулярным кислородом. Реакция протекает по монооксигеназному механизму. Эту реакцию катализирует метанмонооксигеназа (ММО). В природе известны два вида ММО: растворимая в воде (рММО) и мембраносвязанная (мММО). мММО входит в геном всех изученных метанотрофов, а рММО - лишь в состав некоторых из них. Окисление метана этими ферментами, в отличие от существующего двухстадийного промышленного способа, требующего высокого давления и температуры, протекает в одну стадию при нормальной температуре и давлении. Знание о том, как эти ферменты активируют С-Н-связь, имеет большое фундаментальное и практическое значение и в ближайшем будущем может дать развитие новому дешевому одностадийному промышленному синтезу метанола из природного метана. Таким образом, мММО является важнейшим объектом биомиметики.
Работа является частью исследований, выполнявшихся по планам научно-исследовательских работ ИПХФ РАН. Результаты, включенные в работу, частично были получены в рамках проектов, поддержанных различными фондами: INTAS (грант 03-51-3945) и программой «Развитие научного потенциала высшей школы» (проект РНП 2.2.1.1.7181).
Цель работы состоит в установлении структуры и механизма действия каталитически активного центра мембраносвязанной метангидроксилазы из Methylococcus capsidatus (штамм М).
Для достижения поставленной цели в настоящей работе были поставлены следующие задачи:
1. Выделить и очистить мембраносвязанную метангидроксилазу (мМГ) из
ферментативного комплекса мММО, необходимую для активации и окисления
метана до метанола.
2. Выяснить причины низкой удельной активности ранее выделяемых
препаратов мМГ.
3. Установить природу, возможную структуру каталитически активного центра мМГ и предложить механизм его действия.
Научная новизна
Впервые методом низкотемпературной ЭПР спектроскопии экспериментально доказано наличие биядерного железного центра мМГ, на котором происходит окисление метана до метанола. В результате проведенного исследования были оптимизированы условия солюбилизации и очистки мМГ.
Практическая ценность работы
На основе полученных результатов исследования мМГ разработан новый подход в очистке мМГ, который может быть использован в ряде исследовательских лабораторий для получения активного фермента, что позволит уточнить структуру фермента и механизм окисления метана, а также создавать аналоги фермента, которые можно будут использованы для одностадийного промышленного получения метанола.
Публикации
По результатам работы опубликовано 3 статьи (2 из которых входят в список ВАК, рекомендованных для защиты кандидатских диссертаций) и 7 тезисов докладов, список которых приводится в конце реферата.
Апробация работы
Результаты работы обсуждались на 7 российских и международных симпозиумах и конференциях. Работа представлена на конкурсе молодых ученых им. С. М. Батурина (ИПХФ РАН, Черноголовка, 2008) и удостоена 2 места.
Структура и объем диссертации
