Anaerobic bacterial metabolism of cholesterol
Final Report Abstract
Cholesterol ist eine weit verbreitete Kohlenwasserstoff-Verbindung, die als Substrat für mikrobielles Wachstum dienen kann. Dieses Steroid und verwandte zyklische Verbindungen sind schwer abbaubar, und zwar wegen ihrer geringen Wasserlöslichkeit, komplexen Ringstruktur, dem Vorkommen von quaternären C-Atomen und der geringen Anzahl funktioneller Gruppen. Der aerobe Stoffwechsel gebraucht deshalb molekularen Sauerstoff als Cosubstrat für Oxygenasen, um das Molekül zu hydroxylieren und das Steran-Ringgerüst zu spalten. Folglich müssen Oxygenase-katalysierte Schritte im anaeroben Stoffwechsel durch O2-unabhängige Hydroxylasen ersetzt werden. Wir haben in dem beta-Proteobacterium Sterolibacterium denitrificans gezeigt, dass im anaeroben Stoffwechsel Cholesterol ohne Beteiligung von molekularem Sauerstoff am tertiären C25-Atom der Seitenkette zu einem tertiären Alkohol hydroxyliert wird. Diese anaerobe Steroid C25-Dehydrogenase gehört zur Molybdoenzym-Familie der Dimethylsulfoxid-Reduktasen; die größte Ähnlichkeit besteht zur Ethylbenzol-Dehydrogenase. Das heterotrimere Enzym ist auf der Außenseite der Membran lokalisiert und verwendet Cytochrom c als Elektronenakzeptor. Das Enzym enthält einen Molybdän-Cofaktor, fünf [Fe-S]-Zentren und ein Häm b. Wir haben das Genom des Bakteriums sequenzieren lassen. Es enthielt keine Gene für Oxygenasen, wie man sie vom aeroben Steroid-Stoffwechsel her kennt. Da das Bakterium auch aerob mit Cholesterol wächst, muss es den anaeroben Stoffwechseltyp auch unter aeroben Bedingungen verwenden. Das Genom enthält aber Gene für weitere sieben ähnliche Molybdoenzyme. Wir vermuten, dass diese anaeroben Hydroxylasen die aeroben Oxygenasen im Steroidabbau ersetzen.
