Korrelation der dreidimensionalen und elektronischen Struktur von [FeFe]-Hydrogenasen

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Dr. James Birrell; Dr. Ingrid Span
• Fachliche Zuordnung: Strukturbiologie
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 428175165

Das vorgeschlagene Projekt zielt auf die Untersuchung des H-Clusters, dem aktiven Zentrum der [FeFe]-Hydrogenase, durch strukturelle, spektroskopische, funktionelle und theoretische Methoden ab. Die [FeFe]-Hydrogenase ist das Enzym, welches Wasserstoff mit der höchsten Aktivität umsetzen kann. Der H-Cluster im aktiven Zentrum besteht aus einem [4Fe-4S]-Cluster, der an einen einzigartigen [2Fe]-Cluster mit einem verbrückenden Azapropandithiolat sowie außergewöhnlichen Carbonyl- und Cyanidliganden gekoppelt ist. Obwohl sich in den vergangenen Jahren zahlreiche spektroskopische und funktionelle Studien mit dem H-Cluster beschäftigten bleibt die Funktionsweise des katalytischen Zyklus und die Struktur von spektroskopisch identifizierten Intermediaten ein kontrovers diskutiertes Thema. Deshalb werden wir die hochaktive und bidirektionale [FeFe]-Hydrogenase aus dem schwefelreduzierenden Bakterium Desulfovibrio desulfuricans (DdHydAB) kristallisieren und die Struktur in verschiedenen katalytisch relevanten Zuständen lösen. Die Strukturdaten sollen zudem durch paramagnetische Elektronenresonanz- und Fourier-Transformations-Infrarotspektroskopie-Studien an denselben Kristallen unterstützt werden. Schließlich sollen Molekular-Theorie-Berechnungen von geeigneten H-Cluster-Modellen durchgeführt werden, um zu verstehen wie Veränderungen der Struktur ausgelöst durch Reduktion, Protonierung oder Ligandenbindung zu Unterschieden in den spektroskopischen Signalen führen. Schlussendlich werden diese Studien zu einem grundlegenden Verständnis des katalytischen Zyklus der [FeFe]-Hydrogenase führen und zeigen wie die Flexibilität des aktiven Zentrums die katalytische Performance beeinflusst. Unsere Ergebnisse werden weitreichende Auswirkungen für andere Eisen-Schwefel-Enzyme haben und zur Entwicklung von synthetischen Katalysatoren aus unedlen Metallen beitragen.

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