4-Hydroxyphenylpyruvat Dioxygenase (HPPD) ist ein ubiquitär verbreitetes Enzym, das eine wichtige Rolle beim Abbau aromatischer Aminosäuren spielt und in Pflanzen am Prenylchinonsyntheseweg beteiligt ist. Das Enzym zählt zu den mononuklearen Nicht-Häm-Eisen Proteinen, deren Aktivität von einer α-Ketosäure abhängig ist. In dieser Klasse stellt die HPPD jedoch einen eigenständigen Vertreter dar, weil sie im Unterschied zu weiteren α-Ketosäure abhängigen Enzymen beide Sauerstoffatome in ein einziges Substrat einbaut. Der benötigte Cofaktor liegt hier bereits als integraler Bestandteil des Substrates vor, während andere Enzyme dieser Klasse in der Regel α-Ketoglutarat oxidieren, das anschließend zu Succinat decarboxyliert wird. HPPD katalysiert die oxidative Decarboxylierung der Seitenkette von 4-Hydroxyphenylpyruvat, die von einer Hydroxylierung des aromatischen Rings und einer 1,2-Umlagerung der Carboxymethylgruppe begleitet wird. Das Reaktionsprodukt Homogentisat wird im Aminosäurekatabolismus weiter zu Fumarat und Acetoacetat abgebaut. In Pflanzen dient Homogentisat als Vorstufe für die Plastochinon- und Tocopherolsynthese. Das HPPD-Gen aus Zea mays wurde kloniert, heterolog in E. coli unter stringenten Bedingungen exprimiert, gereinigt, kristallisiert und die Struktur des Enzyms (zmHPPD) bei einer Auflösung von 2 Å unter Verwendung der Methode des Single Isomorphous Replacement (SIR) gelöst. Diese Struktur ermöglichte mittels Molekularem Ersatz die Kristallstruktur der HPPD aus Arabidopsis thaliana (atHPPD) bei einer Auflösung von 3 Å aufzuklären. Die in dieser Arbeit ermittelten Strukturen sind die ersten Kristallstrukturen des Enzyms aus eukaryotischen Organismen. Die dimere Organisation unterschiedlicher eukaryotischer HPPDs, die bereits früher durch biochemische Charakterisierungen bestimmt wurde, konnte dabei erstmals auf struktureller Basis bestätigt werden. Jedes Monomer wird durch zwei strukturelle Domänen aufgebaut, deren Faltungsmotive denen der 2,3-Dihydroxybiphenyl 1,2-Dioxygenase und Catechol 2,3-Dioxygenase ähneln, obwohl diese zur Klasse der extradiol ringspaltenden Dioxygenasen zählen. Wie anhand der Sequenzhomologie zu erwarten war, weist der dreidimensionale Aufbau der Monomere große Ähnlichkeit zu dem der HPPD aus Pseudomonas fluorescens auf. Im Unterschied zum bakteriellen Enzym sind jedoch andere Strukturbereiche an der Dimerisierung beteiligt. Insertionen von Aminosäuren, besonders in der N-terminalen Sequenz, die durch früher durchgeführte Sequenzvergleiche nicht als solche erkannt worden waren, sind an der Bildung der Dimerkontakte beteiligt. Die pflanzlichen Enzymstrukturen zeigen, daß die C-terminale Helix als flexible Schranke den Zugang zum aktiven Zentrum regulieren kann, indem eine Rotation um Asn416 (zmHPPD) erfolgt. Die Architektur des aktiven Zentrums ist konserviert, was die sterischen Erfordernisse für die Katalyse der mehrere Schritte umfassenden Reaktion widerspiegelt. Das Eisenatom im aktiven Zentrum wird in HPPD durch zwei Histidin- und einen Glutamatrest koordiniert, wobei in zmHPPD dessen oktaedrische Koordination nachgewiesen werden konnte. Die lösliche anorganische Pyrophosphatase (PPase) aus Heliothis virescens wurde kristallisiert und das Atommodell bei einer Auflösung von 2,1 Å verfeinert, die Struktur wurde durch Molekularen Ersatz mit Hefe PPase als Suchmodell gelöst. Dieses Enzym ist zur Kontrolle der intrazellulären Pyrophosphatkonzentration wichtig, weil anorganisches Pyrophosphat bei vielen Biosynthesereaktionen freigesetzt wird. Dessen Hydrolyse durch PPase treibt diese Reaktionen thermodynamisch an und macht sie irreversibel. Zur Katalyse benötigt das Enzym divalente Metallcofaktoren. Die Kernstruktur des dimer organisierten Enzyms besteht aus einem verdrehten β-Barrel, welches von α-Helices umgeben ist und das aktive Zentrum enthält. Dieses befindet sich in einer Vertiefung von etwa 20 Å Durchmesser. Wie in den Strukturen des Enzyms aus E. coli und S. cerevisiae konnte gezeigt werden, daß die Bindung von zwei Mg²⁺-Ionen bereits vor der Substratbindung erfolgt.