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Originaltitel:
Röntgenstrukturanalyse von Molybdän-haltigen Kohlenmonoxid-Dehydrogenasen 
Übersetzter Titel:
X-ray structure of molybdenum-containing carbon monoxide dehydrogenases 
Jahr:
2000 
Dokumenttyp:
Dissertation 
Institution:
Fakultät für Chemie 
Betreuer:
Huber, Robert (Prof. Dr. Dr. h.c.) 
Gutachter:
Bacher, Adelbert (Prof. Dr. Dr.); Schmidbaur, Hubert (Prof. Dr.) 
Format:
Text 
Sprache:
de 
Fachgebiet:
CHE Chemie 
Stichworte:
Molybdän; Röntgenkristallographie; Proteinstruktur; CO Dehydrogenase 
Übersetzte Stichworte:
Molybdenum; X-ray crystallography; protein structure; CO dehydrogenase 
Schlagworte (SWD):
Dehydrogenasen ; Röntgenstrukturanalyse 
TU-Systematik:
CHE 829d; CHE 832d 
Kurzfassung:
· CO-Dehydrogenasen katalysieren die Oxidation von CO mit H2O zu CO2, 2H+ und 2e-. Es sind Mo- und Ni-haltige Formen bekannt, die keinerlei Ähnlichkeit auf der Ebene der Primärstruktur, sowie in der Zusammensetzung ihrer Kofaktoren besitzen. · Mo-haltige CO-Dehydrogenase wird in die Enzym-Familie der Molybdän-Hydroxylasen eingeordnet und teilt neben einer ausgeprägten Homologie auf Primärstruktur-Ebene auch die Zusammensetzung der Kofaktoren mit den meisten Enzymen dieser Familie. Zu den Molybdän-Hydroxylasen gehören eukaryontische und bakterielle Enzyme wie Xanthin-Oxidase/-Dehydrogenase und Aldehyd-Oxidase. · Mo-haltige CO-Dehydrogenase ist als ein Molybdo-Eisen-Schwefel-Flavoprotein bekannt. · Die Kristallstruktur der CO-Dehydrogenase ist sowohl die erste Struktur einer CO-Dehydrogenase, wie auch das erste Molybdo-Eisen-Schwefel-Flavoprotein, dessen Struktur kristallographisch bestimmt wurde. Die Strukturbestimmung geschah unter Verwendung von Pattersonsuch- und MAD-Techniken. Die Charakterisierung der atomar/nahe atomar aufgelösten Strukturen verwendete die Kristalltransformation auf dem free-mounting system zur Optimierung der Diffraktionsqualität der Kristalle. · Die Kristallstruktur der Mo-haltigen CO-Dehydrogenase von Oligotropha carboxidovorans wurde zu einer Auflösung von 1.09 Å für das 277 kDa Protein bestimmt und besteht aus einem Dimer aus Heterotrimeren (LMS)2. Dabei trägt jede Untereinheit eine Art von Kofaktor. Die L-Untereinheit ist das Molybdoprotein und beherbergt das aktive Zentrum. Die M-Untereinheit ist ein Flavoprotein, welches ein nichtkovalent gebundenes FAD-Molekül trägt. Die S-Untereinheit ist das Eisen-Schwefel-Protein und trägt zwei spektroskopisch unterscheidbare [2Fe-2S]-Zentren. · Das aktive Zentrum der CO-Dehydrogenase besteht aus einem neuartigen Cu(I)- und Mo(+VI/+IV)-haltigen zweikernigen Cluster, welcher über einen m-Sulfido-Liganden verbrückt ist. Mo ist dabei verzerrt tetraedrisch von fünf Liganden umgeben, wobei die Dithiolen-Gruppe über einem Scheitelpunkt des Tetraeders sitzt. Neben den beiden Dithiolen-Schwefeln ist Mo von einem Oxo-, einem Hydroxo- und einem Sulfido-Liganden umgeben. Cu(I) ist vom m-Sulfido-Liganden und Sg von Cys 388 verzerrt linear koordiniert. Dieser mit MAD-Methoden entdeckte Cluster ist der erste bekannte Mo- und Cu-haltige Cluster in einem Enzym und widerspricht der Bezeichnung der Molybdopterin-haltigen Enzyme als mononuclear molybdenum enzymes, welche zur Abgrenzung gegen die mehrkernigen Mo-haltigen Nitrogenasen gewählt wurde (Hille 1996). · Kristallographische Studien zum Reaktionsmechanismus dieses Clusters beinhalten die Charakterisierung der oxidierten, der anoxisch CO-, H2- und Dithionit-reduzierten, der CN--inaktivierten und der n-Butylisonitril-(nBIC)-gebundenen Formen des Enzyms bei Auflösungen im atomaren und nahe atomaren Bereich. · Ein auf der Basis dieser Ergebnisse entwickelter Reaktionsmechanismus basiert außerdem auf der Analogie des nBIC-gebunden Zustandes mit einem möglichen Intermediat der CO Oxidation, sowie der bekannten Chemie von Cu(I)-Komplexen. Dabei findet die Bindung und Aktivierung des Substrats CO am substitutionslabilen Cu(I)-Komplex statt, und führt zur Öffnung des Clusters. Diese Öffnung resultiert in einer Destabilisierung des oxidierten Mo(+VI) mit folgender Reduktion des Mo und der Ausbildung einer " spectator-oxo" - Dreifachbindung am Mo. · Der entworfenene Reaktionsmechanismus kann ebenfalls die Aktivierung und Oxidation von H2 am [CuMo]-Cluster erklären. · Aufgrund der hohen Konservierung der direkten Mo-Umgebung erscheint es wahrscheinlich, daß auch andere Mitglieder der Molybdän-Hydroxylase-Familie die Destabilisierung, sowie die Ausbildung eines " spectator oxo" -Liganden zur Stabilisierung des Übergangszustandes nutzen werden. · Neben der Struktur der CO-Dehydrogenase von O. carboxidovorans wurde ebenfalls die Struktur des Enzyms aus Hydrogenophaga pseudoflava bestimmt. Die unter Mo-Mangel im Wachstumsmedium von H. pseudoflava synthetisierte inaktive CO-Dehydrogenase beinhaltet statt des Molybdopterin-Cytosin-Dinukleotid Kofaktors (MCD) nur Cytosin-Diphosphat. Aktive und inaktive Struktur wurden kristallographisch zu Auflösungen von 2.25-2.35 Å bestimmt. Die Mo-enthaltenden Formen der CO-Dehydrogenase-Strukturen aus beiden Organismen sind sich sehr ähnlich. 
Übersetzte Kurzfassung:
· CO-dehydrogenase catalyzes the oxidation of CO with H2O yielding CO2, 2H+ und 2 e-. Mo- und Ni-containing species are known und show no resemblance in their amino acid sequences or cofactor composition. · Mo-containing CO-dehydrogenase has been grouped in the enzyme family of molybdenum hydroxylases und exhibits in addition to a marked sequence homology, also a common cofactor composition with most of these enzymes. The family of molybdenum hydroxylases comprises eu- und prokaryotic enzymes li...    »
 
Veröffentlichung:
Universitätsbibliothek der TU München 
Mündliche Prüfung:
11.12.2000 
Dateigröße:
7284254 bytes 
Seiten:
113 
Letzte Änderung:
07.12.2012