Окисление Mn(II) мультикупровым оксидазным комплексом Mnx: согласованный двухстадийный механизм Mn(II)/Mn(III) и Mn(III)/Mn(IV)

Бактериальная марганцевая оксидаза MnxG, входящая в состав белкового комплекса Mnx, уникальна среди мультикупровых оксидаз (MCO), поскольку осуществляет двухэлектронное окисление металла, превращая Mn(II) в наночастицы MnO2. Реакция протекает в две стадии: Mn(II) → Mn(III) и Mn(III) → MnO2. В сопутствующем исследовании мы показываем, что перенос электрона от Mn(II) к низкопотенциальной медной области типа 1 Cu белка MnxG требует стадии активации, вероятно связанной с образованием гидроксидного мостика в динуклеарном центре Mn(II). В настоящей работе исследуется вторая стадия окисления с использованием пирофосфата (PP) в качестве ловушки Mn(III). PP хелатирует Mn(III), образующийся под действием фермента, и затем позволяет ему стать субстратом второй стадии реакции. Спектроскопия электронного парамагнитного резонанса (ЭПР) подтверждает присутствие Mn(III), связанного с ферментом. Стадия окисления Mn(III) не включает прямой перенос электрона от Mn(III) к ферменту; кинетические измерения показывают, что Mn(III) исключён из участка связывания Mn(II). Вместо этого предполагается, что Mn(III) диспропорционирует в соседнем полиядерном центре, обеспечивая тем самым косвенное окисление до Mn(IV) и регенерацию Mn(II). PP выполняет многофункциональную роль: замедляет реакцию, образуя комплексы как с Mn(II), так и с Mn(III) в растворе, а также ингибирует катализ, вероятно связываясь в активном центре или вблизи него. Представлен общий механизм образования MnO2 из Mn(II), катализируемого Mnx.