Maturation and assembly of [NiFe]-hydrogenases in Escherichia coli

• Antragsteller: Professor Dr. Gary Sawers
• Fachliche Zuordnung: Stoffwechselphysiologie, Biochemie und Genetik der Mikroorganismen
• Förderung: Förderung von 2009 bis 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 107908800

Die [NiFe]-Hydrogenasen des Modelorganismus Escherichia coli sind komplex aufgebaute Metalloenzyme, welche die reversible Oxidation von molekularem Wasserstoff katalysieren. Die Reifung und Assemblierung dieser Enzyme erfordert die gemeinsame Aktivität mehrerer sogenannter Maturasen, die verschiedene Funktionen bei der Biosynthese der Kofaktor-haltigen großen sowie kleinen Untereinheiten der Hydrogenasen ausüben. Die große katalytische Untereinheit der [NiFe]-Hydrogenasen weist die diatomaren Liganden CN- und CO auf, die mit dem Eisenatom koordiniert sind. Die metabolische Herkunft des CO-Liganden ist noch unbekannt, allerdings konnten in der letzten Förderperiode bestimmte Stoffwechselintermediate als mögliche Vorläufer des CO-Liganden ausgeschlossen werden. Ein wichtiges Molekül, welches bislang nicht in Betracht gezogen wurde und als Vorläufer in Frage kommt, ist endogen produziertes Kohlendioxid. Daher ist es eines der Hauptziele dieses Vorhabens zu untersuchen, ob endogen generiertes Kohlendioxid der Precursor des CO-Liganden im aktiven Zentrum der [NiFe]-Hydrogenasen ist.Eisen ist nicht nur im aktiven Zentrum dieser Enzyme wichtig, sondern auch für die Assemblierung der Eisen-Schwefel-Zentren-haltigen kleinen Untereinheit. Diese eisenhaltigen Zentren sind an der Elektronenübertragung innerhalb des Enzyms beteiligt. In der letzten Förderperiode haben wir große Fortschritte im Verständnis der Eisenbereitstellung für die Hydrogenase Biosynthese erzielt. Zum Beispiel haben wir das System, welches an der Synthese und Lieferung der Eisen-Schwefel-Zentren an die kleine Untereinheit der Hydrogenasen beteiligt ist, identifizieren können. Darüber hinaus konnten wir eindeutige Hinweise liefern, dass sich die Wege der Eisenbereitstellung für die Biosynthese des aktiven Zentrums und der [Fe-S]-Cluster unterscheiden. Deshalb besteht das zweite Hauptziel dieses Vorhabens darin, die biochemischen Wege und Proteine zu charakterisieren, die an der Eisenlieferung für die Reifungs-Machinerie der [NiFe]-Hydrogenase beteiligt sind.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen