Struktur und Funktion von Benzoyl-Coenzym A Reduktasen

• Antragsteller: Professor Dr. Matthias Boll
• Fachliche Zuordnung: Stoffwechselphysiologie, Biochemie und Genetik der Mikroorganismen
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 279969210

Der Benzol-Ring ist die zweit-häufigste biologische Struktur auf der Erde (25% terrestrisch), und findet sich in Lignin, Erdöl und vielen umweltrelevanten Verbindungen wie Lösungsmitteln, Pestiziden und Insektiziden. Unter anaeroben Bedingungen wie in marinen oder Süßwasser-Sedimenten, oder auch in kontaminierten Grundwasserleitern sind einzig anaerobe Prokaroyten in der Lage, aromatische Verbindungen vollständig abzubauen. In diesen Organismen wird die Vielzahl aromatischer Verbindungen zunächst in das zentrale Intermediat Benzoyl-CoA überführt, welches dann durch Reduktasen zu einem Dienoyl-CoA dearomatisiert wird. In der Biologie gibt es zwei fundamental unterschiedliche Lösungen für die enzymatische Benzoyl-CoA Reduktion, die jeweils von der Klasse I und II Benzoyl-CoA Reduktasen (BCRs) katalysiert werden. Die in fakultativen Anaerobiern verbreiteten Klasse I BCRs sind aus den vier Untereinheiten BcrABCD aufgebaut und enthalten drei [4Fe-4S]-Cofaktoren. Sie koppeln den endergonen Elektronentransfer von einem reduzierten Ferredoxin an eine stöchiometrische ATP-Hydrolyse. Die hochkomplexen 1 MDa Klasse II-BCRs sind aus den acht BamBCDEFGHI-Untereinheiten aufgebaut und enthalten W, Zn, FeS-Cluster, Se und FAD als Cofaktoren. Es wird angenommen, dass diese die Benzolring-Reduktion durch einen Flavin-abhängigen Elektronenbifurkation-Prozess vorantreiben. Das Projekt hat zum Ziel, die Struktur und Funktion von Enzymen zu verstehen, deren katalysierte Reaktion in der chemischen Synthese extreme Reaktionsbedingungen erfordert (Birch-Reduktion mit Alkalimetallen als Elektronendonoren). Es werde zahlreiche spektroskopische, kinetische und strukturelle Untersuchungen an Klasse I und II BCRs von unterschiedlichen Organismen und mit molekularen Varianten durchgeführt; letztere werden über die kürzlich etablierten Expression-/Manipulation-Plattformen generiert. The Projekt soll die 20 Jahre Erfahrung des Antragstellers mit der Enzymologie des anaeroben Aromatenstoffwechsels mit State-of-the-Art-Technologien von nationalen/internationalen Kooperationspartnern in synergistischer Art- und Weise verknüpfen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Frankreich, Kanada
• Kooperationspartnerinnen / Kooperationspartner: Professor Dr. Wolfgang Eisenreich; Privatdozent Dr. Ulrich Ermler; Dr. Graham George; Professorin Dr. Petra Hellwig; Vonck Janet; Professor Dr. Stefan Weber