Субстратная специфичность и насыщение медью марганец-окисляющей мультикупровой оксидазы Mnx из Bacillus sp. PL-12

Считается, что окисление марганца(II) в окружающей среде осуществляется бактериями, поскольку ферментативный катализ протекает на много порядков быстрее абиотических процессов. Гетерологично очищенная марганецоксидаза (Mnx) из морского Bacillus sp. PL-12 состоит из мультикупровой оксидазы (MCO) MnxG и двух небольших медь- и гемсвязывающих белков с неизвестной функцией — MnxE и MnxF. Mnx связывает медь и окисляет как марганец(II), так и марганец(III), образуя минералы оксида марганца(IV), сходные с обнаруживаемыми на поверхности спор Bacillus. Спектроскопические методы позволили установить детали строения металло-кофакторов Mnx, однако об их необходимости для каталитической активности известно очень мало, а о субстратной специфичности Mnx — ещё меньше. В настоящей работе мы количественно определяем каноническую медь MCO и устойчиво связанную периферическую медь в составе Mnx, а также исследуем способность Mnx окислять различные субстраты при разных значениях pH. Марганец(II), по-видимому, является лучшим субстратом с точки зрения kcat, однако его окисление не подчиняется кинетике Михаэлиса—Ментен, а демонстрирует сигмоидальное кооперативное поведение. Mnx также окисляет железо(II), но с пониженной активностью и по механизму Михаэлиса—Ментен, а также органические субстраты. Восстановленные металлы расходуются быстрее, чем более крупные органические субстраты, что подтверждает гипотезу о том, что субстратный центр Mnx невелик и адаптирован к окислению металлов. Биологически значимым является результат, согласно которому Mnx обладает максимальной каталитической эффективностью в отношении марганца(II) при pH морской воды, особенно когда белок содержит больше необходимых четырёх атомов меди MCO, что позволяет предположить, что этот белок эволюционировал специально для окисления марганца. Mnx из Bacillus, необычная синяя мультикупровая оксидаза, характеризуется избытком металло-кофакторов, наличием нескольких субъединиц белка и высокой эффективностью окисления марганца(II).