Neuartige Tetrapyrrolbiosynthesewege in Prokaryoten: Struktur und Funktion der Enzyme der Häm d1 Biosynthese in denitrifizierenden Bakterien und der Hämbiosynthese in Archaeen

• Antragstellerin: Professorin Dr. Gunhild Monika Layer
• Fachliche Zuordnung: Stoffwechselphysiologie, Biochemie und Genetik der Mikroorganismen ; Biochemie
• Förderung: Förderung von 2012 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 232172969

Zyklische Tetrapyrrole, wie zum Beispiel Häm oder Chlorophyll, erfüllen wichtige biologische Funktionen im Rahmen von aeroben und anaeroben Atmungsprozessen sowie der Photosynthese. Häm d1 ist ebenfalls ein zyklisches Tetrapyrrol, das insbesondere für die bakterielle Denitrifikation und somit für den globalen Stickstoffkreislauf von Bedeutung ist. Die Biosynthesewege des Häms in sulfatreduzierenden Bakterien und Archaeen und des Häm d1 in denitrifizierenden Bakterien sind miteinander verwandt und wurden erst in den letzten Jahren aufgeklärt. Eine, den beiden Wegen gemeinsame Reaktion besteht in der Decarboxylierung zweier Acetatgruppen des Sirohäms zu den entsprechenden Methylgruppen des Didecarboxysirohäms, die durch das Enzym Sirohäm Decarboxylase katalysiert wird. Die letzte Reaktion der Sirohäm-abhängigen Hämsynthese wird durch das Radical SAM Enzym AhbD katalysiert und besteht aus der oxidativen Decarboxylierung von zwei Propionatgruppen des Intermediats Eisen-Coproporphyrin III zu den zwei Vinylgruppen des Häms. Im Rahmen dieses Projektes sollen die Katalysemechanismen der Sirohäm Decarboxylase und der Häm Synthase AhbD untersucht werden. Im Fall der Sirohäm Decarboxylase existieren verschiedene Isoformen, die entweder nur eine oder beide der Decarboxylierungsreaktionen durchführen. Es soll daher geklärt werden, welche Aminosäuren an der Bindung und Umsetzung des jeweiligen Substrats beteiligt sind und welche Determinanten darüber bestimmen, ob nur eine oder beide Decarboxylierungen katalysiert werden. Für AhbD soll das Decarboxylierungsprodukt identifiziert werden und der weitere, noch unbekannte Verlauf der radikalischen Reaktion mittels ESR Spektroskopie untersucht werden. Ein weiteres Ziel besteht in der Bestimmung der dreidimensionalen Struktur des AhbD inbesondere im Komplex mit seinem Substrat.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen