Spektroskopische Untersuchungen an gasverarbeitenden Metallenzymen

• Antragsteller: Dr. Sven Stripp
• Fachliche Zuordnung: Biophysik
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 428046689

Als Projekt innerhalb eines Schwerpunktprogramms schlagen wir die Verwendung von Infrarotspektroskopie für biophysikalische Untersuchungen von Eisen-Schwefel Enzymen vor. Die folgenden Systeme sollen mit zielgerichteten Experimenten betrachtet werden: Hydrogenasen, Kohlenmonoxiddehydrogenase und Nitrogenase. Diese Enzyme lassen sich hervorragend mit Infrarotspektroskopie untersuchen, da die Schwingungen spezieller Liganden, Inhibitoren und Reaktanzen einen direkten Rückschluss auf deren Katalyseaktivität erlauben. Ich habe einen neuartigen Ansatz entwickelt, wasserlösliche Proteine mittels Fourier-tranformierter Infrarot Spektroskopie (FTIR) in abgeschwächte Totalreflektion (ATR) zu untersuchen. Diese Methode ermöglicht qualitative und quantitative Echtzeitspektroskopie in Abhängigkeit von Gaszufuhr oder Kontrolle des elektrochemischen Potentials. In der Vergangenheit haben wir am Beispiel von [FeFe]- und [NiFe]-Hydrogenasen gezeigt, dass in situ ATR FTIR Spektroskopie und Spektro-Elektrochemie für die Analyse gasverarbeitender Metallenzyme optimal geeignet sind. Drei thematisch zusammenhängenden Fragenstellungen sollen zum Thema Hydrogenasen beantwortet werden: i) katalytischer Mechanismus (Schwerpunkt auf [Fe]-Hydrogenasen); ii) Reaktion mit Sauerstoff (aerobe Deaktvierung bzw. Inhibierung); iii) Protonentransfer (Schwerpunkt auf [FeFe]-Hydrogenasen). Desweiteren soll die Biosynthese der katalytischen Kofaktoren untersucht werden.Ich verfüge über umfassende Erfahrung mit [FeFe]- und [NiFe]-Hydrogenasen und konnte in ersten Vorabeiten bereits zeigen, dass sich viele experimentelle Ansätze auch für die Analyse von [Fe]-Hydrogenasen eignen. Ein zusätzliches Teilprojekt wird sich mit der intramolekularen, elektrischen Kopplung von H2 und CO Stoffwechsel in Nickel-abhängigen Kohlenmonoxiddehydrogenasen befassen. Für diesen Antrag habe ich Kooperationen mit renommierten Experten vereinbart. Zusammen mit Dr. Gustav Berggren wollen wir zudem der Frage nachgehen, inwiefern sich Erkenntnisse aus Untersuchungen isolierter Enzyme auf den katalytischen Mechanismus in vivo übertragen lassen. Dafür planen wir umfassende Elektronenspinresonanz (EPR)- und ATR FTIR Experimente an einzelligen Algen und rekombinanten E. coli Zellen.

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