Zusammenspiel von Metalloenzym-Syntheseapparaten in Geobacter metallireducens: Cofaktor-Assemblierung und Funktion von W-/FeS-enthaltenden BamB

• Antragsteller: Professor Dr. Matthias Boll
• Fachliche Zuordnung: Biochemie
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 311008651

Aromatische Verbindungen können in anaeroben Bakterien über Oxygenase-unabhängige Stoffwechselwege vollständig abgebaut werden. Dabei werden die meisten monozyklischen aromatischen Wachstumssubstrate in das zentrale Zwischenprodukt Benzoyl-CoA-überführt, welches dann durch Reduktasen bei einem extrem niedrigen Redoxpotential (E° = -622 mV) zu einem zyklischen 1,5-Dienoyl-CoA dearomatisiert wird. Obligate Anaerobier wie der Fe(III)-atmende Modellorganismus Geobacter metallireducens nutzen eine W-Cofaktor enthaltende Klasse II Benzoyl-CoA Reduktase. Die das aktive Zentrum tragende Komponente BamB gehört zur W-enthaltenden Familie der Aldehyd:Ferredoxin Oxidoreduktasen. Ein Bam(BC)2-Komplex mit vier [4Fe-4S] Clustern und einem katalytisch aktiven W-bisPterin (bisWPT)-Cofaktor wurde bereits vorläufig charakterisiert. Das W-Atom ist durch fünf S-Atome vom Cofaktor und dem Protein sowie durch einen sechsten, möglicherweise Cyano-Liganden, koordiniert. Der 6. Ligand ist an der Elektronenübertragung vom reduzierten W zum Benzol-Ring beteiligt, was innerhalb von Mo/W-Cofaktor-Enzymen einer einzigartigen Art der Katalyse entspricht. Das Projekt hat zum Ziel (i) die Struktur und Funktion des aktiven Zentrums von BamB mit einer Reihe von spektroskopischen und strukturellen Methoden aufzuklären, (ii) die Synthese und der Zusammenbau des ungewöhnlichen bisWPT-Cofaktors näher zu untersuchen, sowie (iii) die gegenseitige Verknüpfungen der Metalloenzym-Synthese in G. metallireducens, der zahlreiche Mo-/W-NiFe-/FeS-Enzyme parallel produzieren kann, zu verstehen. Das gesamte Projekt basiert auf intensiven methodischen und thematischen Kooperationen mit zahlreichen Mitgliedern des SPP1927 und internationalen Experten.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 1927: Iron-Sulfur for Life