T R E F F P U N K T FO R SC H U N G

Chem. Unserer Zeit, 2014, 48, 6 –10 © 2014 Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim 7

M E T H A N O L F Ü R D E N S TO F F W EC H S E L

Seltenerd-Katalyse in aerober Methanogenese

Vulkanische Schlammpfützen warten mit hohen Temperaturen undsaurem Wasser auf. Genau der Ort, um Bakterien auf unbekannte Stoff-wechselwege zu untersuchen. Acidophil und methanotroph ist die ArtMethylacidiphilum fumariolicum SolV. Ihre Kultivierung gelang gleich-wohl bislang nur mit original Vulkanwasser. Der Grund ist nun klar: Sel-tenerdmetalle sind am aktiven Zentrum eines Enzyms beteiligt [1].

bekannte MDH unabhängig von Am-monium-Konzentration sowie am aktivsten bei neutralem pH-Wert ist.Außer Methanol oxidierte MDH auchandere primäre Alkohole und Formal-dehyd. Wurde nur wenig Methanoleingesetzt, lief die Oxidation bis zurAmeisensäure weiter.

Die Untersuchung der Kristall-struktur dieses MDHs ergab ein asym-metrisches Dimer, aufgebaut aus zweigleichen Monomeren. Messungen derElektronendichte und der Atomab-stände ließen nur den Schluss zu, dass

Lanthan oder Cer als Zentralatom fun-gieren. Pyrrolchinolinchinon (PQQ)ist der Redox-Cofaktor, der wohl alsradikalisches Semichinon vorliegt.

Der Reaktionsmechanismus, nachdem die Oxidation von Methanoldurch MDH abläuft, ist noch umstrit-ten. Die Untersuchungen zeigten,dass die Kohlenstoffatome C4 undC5 von PQQ das katalytische Zen-trum bilden. Calcium-Ionen, wie siesonst in MDH koordiniert sind, wir-ken als Lewis-Säure und polarisierendas C5-Atom von PQQ. Im Vergleichdazu sind Lanthanid-Ionen viel stärke-re Lewis-Säuren, sodass C5 zu einemstärkeren Elektrophil wird. Das er-klärt die bereits bei pH 7 hohe Oxi-dationswirkung – ohne vorherige Aktivierung durch Ammonium beipH 9–11. Zugleich verläuft die Oxida-tion vom Alkohol zur Ameisensäuredirekt ab, ganz ohne weitere Enzyme:ein neuer schlanker Reaktionsweg.

Seltenerdmetalle sind schlechtwasserlöslich und liegen fein verteiltvor. Eine alte These besagte: Es lohntnicht, davon abhängig zu sein. Dort,wo die Lebensbedingungen im Was-ser karg sind, scheinen dennoch ähn-liche Seltenerd-MDH wie in sauren,geothermischen Umgebungen Metha-nol zu oxidieren. Gleiches gilt wohlauch für das Leben auf Blattoberflä-chen, zumal Pflanzen sehr effizientSeltenerdmetalle aufkonzentrierenkönnen. Vermutlich kommen sie auchdort vor, wo die Lanthanid-Konzentra-tionen zwar gering sind, aber durchden Aufschluss von Sand als prak-tisch unendlicher Quelle wieder auf-gefüllt werden können.

[1] A. Pol et al., Environ Microbiol 2013,doi.: 10.1111/1462-2920.12249, 1–10.

Sylvia Feil, Burgdorf

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Probleme bei der Kultivierung desmethanotrophen BakterienstammsVerrumicrobia veranlassten Forscheraus den Niederlanden und vom Max-Planck-Institut in Heidelberg nachden Gründen zu suchen. Man findetdiese Bakterien in Böden, Mägen, hei-ßen Quellen und Meeressedimenten.Die erst kürzlich beschriebene, aero-be Familie Methylacidiphilum ist au-totroph, lebt also allein mit Methanolals Kohlenstoffquelle für den Energie-haushalt und Stoffwechsel. Probender Art Methylacidiphilum fumario-licum SoIV wuchsen gut im Original-wasser aus dem italienischen VulkanSolfatara, andere Medien versagten.Den Unterschied machten Seltenerd-metalle wie Lanthan, Cer, Praseodym,Neodym aus. In einigen organometal-lischen Molekülen können Lanthanid-Ionen Calcium-Ionen ersetzen. InAustauschversuchen mit einzelnenSeltenerdmetallen förderten Cer undLanthan das Wachstum am besten.

Um den Wirkort zu finden, wur-den die Proteine von M. fumarioli-cum fraktioniert. Genomvergleicheführten dann auf die Spur der Metha-nol-Dehydrogenase (MDH) und ihrenCofaktor PQQ. Die weitere Analyseergab, dass MDH in M. fumariolicumein Dimer ist und anders als bisher

Abb. Nahaufnahmen-Modell des akti-ven Zentrums der Methanol-Dehydro-genase. Das planare PQQ (blau) ist amCer-Ion (violett) koordiniert. Das Lö-sungsmittel ist in orange dargestellt.Rote gestrichelte Linien deuten dieWechselwirkung mit dem Cer-Ion an.[Bild: MPI für medizinische Forschung/Barends].

FrackingKaum eine Form der Energiegewinnung wird in Deutschland und Frankreich derzeit so heiß diskutiert wie über das Fracking.Während die einen auf die günstige CO2-Bilanz verweisen, befürchten andere eine Katastrophe für Natur und Anwohner. Welches Potenzial und welche Gefahren stecken wirklich hinter dem Fracking von Schiefergas? 04.03, ARTE, 8.30 Uhr; Wdh. um 17.00 UhrKurzfristige Programmänderungen der Sender sind möglich!

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