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Originaltitel:
Eisen-Schwefel-Cluster-Biosynthese: Biochemische und kristallographische Untersuchung von NifS-ähnlichen Proteinen 
Übersetzter Titel:
Iron-sulphur cluster biosynthesis: Biochemical and crystallographic analysis of NifS-like proteins 
Jahr:
2001 
Dokumenttyp:
Dissertation 
Institution:
Fakultät für Chemie 
Betreuer:
Huber, Robert (Prof. Dr. Dr. h.c.) 
Gutachter:
Huber, Robert (Prof. Dr. Dr. h.c.); Buchner, Johannes (Prof. Dr.); Bacher, Adelbert (Prof. Dr. Dr.) 
Format:
Text 
Sprache:
de 
Fachgebiet:
CHE Chemie 
Stichworte:
Röntgenstrukturanalyse; Pyridoxalphosphat; Eisen-Schwefel-Cluster; NifS; IscS 
Übersetzte Stichworte:
X-Ray crystallography; pyridoxalphosphate; iron-sulfur-cluster; NifS; IscS 
Kurzfassung:
Eisen-Schwefel-Cluster (Fe/S-Cluster) sind ubiquitäre co-Faktoren in vielen Proteinen, deren Funktion vom Elektronentransport über enzymatische Aktivität bis zur Genregulation reicht. Trotz ihrer universellen Bedeutung und der einfachen Dar-stellung von Modellverbindungen aus Fe(II), S2-, S8 und Thiolen ist der Biosynthese-weg dieser anorganischen Einheiten bis heute nicht geklärt. In Azotobacter wurde das Protein NifS beschrieben, welches für die Bildung des Fe/S-Cluster in Nitrogenase essentiell ist. NifS setzt Cystein zu Alanin und Schwefel um, der an einem strikt konservierten Cystein als Cysteinpersulfid gebunden wird. NifS-Homologe wurden in anderen Organismen von Bakterien bis hin zu Säugern identifiziert. Kessler und Mitarbeiter beschrieben C-DES aus Synechocystis, welches Sequenzhomologie zu NifS besitzt und der Schwefellieferant für den Aufbau der Fe/S-Cluster von Ferredoxinen ist. Dieses Enzym produziert jedoch Pyruvat und entbehrt des hochkonservierten Cysteins. Zur Aufklärung des Mechanismus der Schwefelproduktion wurde im Rahmen dieser Arbeit zunächst NifS aus A. vinelandii kloniert und gereinigt. Da jedoch für dieses Protein keine Kristallisationsbedingung gefunden werden konnte, wurde dazu übergegangen, ein NifS-Homologes aus T. maritima (tmNifS) zu identifizieren, zu klonieren und zu reinigen. Die Struktur von tmNifS konnte über die Methode der multiplen anomalen Dispersion bestimmt. Ein Substratkomplex des reduzierten Enzymes mit Cystein wurde ebenfalls charakterisiert. NifS ist ein homodimeres, PLP-abhängiges Enzym, welches der PLP-a-Familie zugeordnet werden kann. Die Struktur von tmNifS ist daher ähnlich zu anderen Proteinen dieser Familie. Das unter den NifS-homologen Proteinen konservierte Cystein ist in einer hochflexiblen Loop-Struktur lokalisiert, wodurch es einerseits an der Desulfurierungsreaktion mitwirken kann, jedoch auch Stellen in größerer Entfernung erreicht. Dies legt den Schluß nahe, daß diese Loop-Struktur als ‚molekularer Kran' fungiert und gebildete S0-Spezies an andere Proteine weitergereicht werden können. UV-VIS-spektroskopische Untersuchungen gestatteten es, zusammen mit der Anordnung der Seitenketten im Aktivzentrum, einen möglichen Reaktions-mechanismus aufzustellen, bei dem einem konservierten Histidin (H99) eine zentrale Rolle zugewiesen wurde. H99 steht mit dem PLP-co-Faktor in Aromaten-Ring-Interaktion. Somit kommt es aus elektrostatischen Gründen zu einer gegenseitigen Feinsteuerung der chemischen Eigenschaften. Es wurde postuliert, daß ein protoniertes Histidin den elektronenreichen chinonoiden Zustand des PLP stabilisiert, ein deprotoniertes H99 den elektronenärmeren, aromatischen Zustand. Mit H99 als generellem Säure-Base-Katalysator, ergibt sich so ein Reaktionszyklus der die Desulfurierungsreaktion erklärt. Weiterhin konnte in Zusammenarbeit mit D. Kessler die Struktur von C-DES, sowie dessen Substrat- und Produktkomplex aufgeklärt werden. C-DES arbeitet nach einem anderen Mechanismus als NifS, da ihm das konservierte Cystein und der entsprechende Loop fehlt. Es wurde aus den Untersuchungen klar, daß C-DES Cystin als Substrat verwendet und ein freies Cysteinpersulfid generiert, welches in einer hydrophoben Tasche vor Hydrolyse geschützt wird. C-DES besitzt im Gegensatz zu NifS eine wesentlich größere Öffnung des Aktivzentrums, was eine Interaktion mit anderen Proteinen wahrscheinlich macht. Im Gegensatz zu NifS, welches den Schwefel bei anderen Proteinen ‚abliefert' , scheint es hier nötig zu sein, daß der Schwefel aus dem Aktivzentrum von C-DES ‚geholt' wird. 
Übersetzte Kurzfassung:
Iron-sulphur clusters (Fe/S-clusters) are ubiquitous cofactors in many proteins. Their function ranges from electron transport via enzymatic activity to transcriptional regulation. Despite their universal importance and the ease of synthesis if model compounds starting from Fe(II), S2-, S8 and thioles, up to now the biosynthesis of this inorganic entities is not known. In Azotobacter a protein, namely NifS, was described which is essential for the assembly of the Fe/S-cluster in nitrogenase. Nif...    »
 
Veröffentlichung:
Universitätsbibliothek der TU München 
Mündliche Prüfung:
28.01.2001 
Dateigröße:
9840229 bytes 
Seiten:
90 
Letzte Änderung:
06.06.2007