Struktur und Funktion Fumarat-addierender Glycylradikal-Enzyme: Biochemie, Modellierung und Anwendung

• Antragsteller: Professor Dr. Johann Heider
• Fachliche Zuordnung: Stoffwechselphysiologie, Biochemie und Genetik der Mikroorganismen
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 426503246

Dieser Antrag zielt auf die Untersuchung der Biochemie und der Reaktionsmechamismen einer neuen Klasse von Enzymen, die eine Radikal-basierte Addition von Fumarat an eine Reihe reaktionsträger Verbindungen katalysieren, z. B. Kohlenwasserstoffe. Diese Fumarat-addierenden Enzyme (FAE) bilden eine Subklasse der Glycylradikal-Enzyme, die alle extrem sauerstoffsensitiv sind und jeweils durch ein spezielles aktivierendes Enzym zum Glycylradikal-Status aktiviert werden müssen. Das beantragte Projekt ist zwischen den polnischen und deutschen Partnern höchst interaktiv angelegt und wird sich an den folgenden Zielen ausrichten: (A) Mutagenese-Studien zur Identifizierung der Funktionen besonderer ausgewählter Komponenten des aktiven Zentrums sowie zur Ausweitung des verfügbaren Substratspektrums, (B) Charakterisierung anderer FAE nach rekombinanter Expression, um die jeweiligen Anpassungen an die Umsetzung anderer Substrate zu untersuchen, sowie Kristallisierungsversuche mit verschiedenen FAE, um die Basis an bekannten Strukturen zu diesen Enzymen zu erweitern. (C) Studien zum aktivierenden Enzym, um ein in-vitro Aktivierungssystem für FAE zu etablieren. (D) Theoretische multiskalierte Untersuchungen zum Reaktionsmechenismus verschiedener FAE mittels eines Hochleistungscomputer-Systems, unterstützt durch parallel durchgeführte Experimente, und (E) Entwicklung von Methoden zur Anwendung von FAE bzw. mutierter Varianten zur biotechnologischen Produktion neuer Verbindungen. Für das Projekt werden moderne Methoden der Molekularbiologie und Enzymologie mit denen der molekularen Modellierung und der Entwicklung biotechnologischer Prozesse gebündelt. Die Ergebnisse werden zum besseren Verständnis von biologischen Sanierungsprozessen umweltschädigender Verbindungen beitragen, die von der fossilen Brennstoff- oder der chemischen Industrie stammen. Die Aufklärung der Mechanismen der Enzymklasse der FAE wird neue grundsätzliche Erkenntnisse in das neuartige Reaktionsprinzip dieser Enzyme liefern, und schließlich werden unsere Studien zu den FAE neue Wege für biotechnische Prozesse zur Synthese von Feinchemikalien oder neuartigen Substraten für bioabbaubare Kunststoffe liefern.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Polen
• Partnerorganisation: Narodowe Centrum Nauki (NCN)
• Kooperationspartner: Professor Dr. Maciej Szaleniec