Biosynthese des Metallzentrums von [NiFe]-Hydrogenasen aus E. coli

Published: Jan. 23, 2003, 11 a.m.

b'In dieser Arbeit wurden drei Aspekte der Reifung der Hydrogenasen in E. coli n\\xe4her untersucht:\\n1. Eine Deletion im carAB-Locus f\\xfchrt zum Verlust der Synthese aktiver Hydrogenasen in E. coli. Die Aktivit\\xe4t kann wiederhergestellt werden, wenn der Stamm mit einem carAB-tragenden Plasmid transformiert oder wenn er in Anwesenheit von Citrullin angezogen wird. Da der carAB-Locus f\\xfcr das Enzym der Carbamoylphosphat-Synthese kodiert und Citrullin in der Zelle in Carbamoylphosphats umgewandelt werden kann, ist Carbamoylphosphat die Ausgangssubstanz f\\xfcr die Synthese der Liganden des Metallzentrums. Aufgrund seiner Struktur wurden Reaktionsmechanismen postuliert, \\xfcber die es in CN- und/oder CO-Einheiten umgewandelt werden kann.\\n2. Dem HypF-Protein konnte die biochemische Funktion einer Carbamoylphosphat-Phosphatase zugeschrieben werden, zus\\xe4tzlich besitzt es eine an die Anwesenheit von Carbamoylphosphat gekoppelte ATP-hydrolysierenden Aktivit\\xe4t. Die ATP-Hydrolyse durch HypF f\\xfchrt zur Bildung von AMP und PPi und sie geht parallel mit der Ausbildung eines adenylierten Reaktionsintermediats wie \\xfcber die Pyrophosphat-ATP-Austausch-Reaktion gezeigt wurde. Beim adenylierten Intermediat handelt es sich aller Wahrscheinlichkeit nach um Carbamoyl-Adenylat. Es wird postuliert, dass dieses Substrat vom HypE-Protein zur Bildung des CN-Liganden durch einen Wasserentzug \\xfcber eine PurM-\\xe4hnliche Reaktion verwendet wird.\\nDurch spezifische Mutagenisierung konnten HypF-Varianten konstruiert werden, die zur Bildung aktiver Hydrogenasen unf\\xe4hig waren. Die drei strukturell auff\\xe4lligsten Motive des HypF-Proteins (Acylphosphat-Phosphatase-, Zink-Finger- und O-Carbamoyl-Transferase-Motiv) sind wichtig f\\xfcr die optimale Reifung der Hydrogenasen. Diese in vivo Unf\\xe4higkeit der Mutanten aktive Hydrogenasen zu synthetisieren geht mit dem Verlust der Carbamoylphosphat-Phosphatase einher.\\n3. Die kristallographische Analyse des HybD-Proteins als Beispiel einer spezifisch an der Hydrogenasen-Reifung beteiligten Protease, zeigte die Anwesenheit einer essentiellen Metallbindetasche, an deren Ausbildung Glu, Asp und His beteiligt sind und die in einer Peptidbindungsfurche liegt. Die Metalltasche fungiert spezifisch als Nickelerkennungsstelle in der Prozessierung, da nur Nickel-enthaltendes Apo-Protein prozessiert werden kann'