NiFe-CO-Dehydrogenase und Acetyl-CoA-Synthase von Carboxydothermus hydrogenoformans: Struktur, Funktion und Katalysemechanismus

• Antragsteller: Professor Dr. Ortwin Meyer, seit 6/2008
• Fachliche Zuordnung: Mikrobielle Ökologie und Angewandte Mikrobiologie
• Förderung: Förderung von 2002 bis 2011
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 5370550

Carboxydothermus hydrogenoformans ist ein thermophiles, hydrogenogenes Eubakterium, das unter strikt chemolithoautotrophen Bedingungen Kohlenmonoxid (CO) zu Wasserstoff (H2) und Kohlendioxid (CO2) vergären kann (CO+H2O>CO2+H2). C. hydrogenoformans bildet zwei NiFe-Kohlenmonoxid(CO)-Dehydrogenasen (CODH I und CODH II), die die Reaktion CO+H2O>CO2+2e-+2H+ katalysieren und an der Energiegewinnung (CODH I) oder Kohlenstoffassimilation (CODH II) beteiligt sind. Die mit 1.6 A Auflösung ermittelte Kristallstruktur der CODH II im Dithionit-reduzierten Zustand zeigt ein homodimeres Protein mit fünf Metallzentren. Jede Untereinheit koordiniert ein neuartiges [Ni-4Fe-5S]-Zentrum (Cluster C und C') und ein elektronenübertragendes [4Fe-4S]Zentrum (Cluster B und B'). Die Untereinheiten sind über ein gemeinsames [4Fe-4S]-Zentrum (Cluster D) kovalent geknüpft. Die CO-Oxidation erfolgt am heterobimetallischen [Ni-S-Fe]-Subcluster des [Ni-4Fe-5S]-Zentrums. Die freigesetzten Elektronen werden über zwei unabhängige Elektronentransferwege zum Cluster D übertragen. Sequenzvergleiche zeigen, daß die NiFe-CODH II aus C. hydrogenoformans der Prototyp aller anaeroben CODHs ist. Das eine Hauptziel des Vorhabens ist die Aufklärung des Mechanismus der CO-Oxidation am [Ni-4Fe-5S]-Zentrum der CODH II mittels Röntgenstrukturanalyse und Spektroskopie in definierten katalytisch relevanten Redoxzuständen. Das andere Hauptziel ist der Nachweis des vorliegenden Weges der autotrophen Kohlenstoffassimilation bei C. hydrogenoformans einschließlich der Raumstruktur der Acetyl-CoA-Synthase.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Ehemaliger Antragsteller: Dr. Vitali Svetlitchnyi, bis 5/2008