In vitro Biosynthese von komplexen Fe-S-Cluster-Cofaktoren der Fe-Mo-Nitrogenase und der [NiFe]-Hydrogenase

Abstract

Biosynthese von Fe-S-Cluster-Cofaktoren erfordert die koordinierten Aktivitäten von Gerüstproteinen, Metallocluster-Trägerproteinen und Enzymen. Verschiedene Intermediate entlang des Biosynthesesweges der Cofaktoren der Nitrogenase und der Hydrogenasen konnten isoliert, identifiziert und biochemisch sowie spektroskopisch charakterisiert werden. Das Strategiekonzept des in vitro Reifungsystems basiert auf die Isolierung einer aktiven Cofaktor biosynthase Maschinerie und dann die zeitlichen schrittweise biosynthase des Cofactor verfolgen. Die Synthese des Fe-Mo-Cofaktors der Nitrogenase aus seinen Grundkomponenten Molybdän, Eisen, Schwefel und Homocitrat in vitro war entscheidend für eine detaillierte Aufklärung der Biogenese des Fe-Mo-Co. Mit der Rekonstitution des [NiFe]-Zentrum-Biosynthesewegs unter ausschließlicher Verwendung von gereinigten Komponenten konnte die komplette Cofaktorsynthesemaschinerie in ihrem zeitlichen Regime kontrolliert werden. Dies wird in Zukunft dabei helfen, die Biogenese des aktiven Zentrums der Hydrogenase auf molekularer Ebene aufzuklären.

The biosynthesis of complex Fe-S cluster cofactors is a multi-step process that involves activities of molecular scaffolds, metallocluster carrier proteins and enzymes. Various intermediates along the path of Nitrogenase and Hydrogenase cofactors biosynthesis could be isolated and characterized using a multi-disciplinary approach combining biochemical and diverse spectroscopic techniques. The strategy concept for the development of an in vitro system is based on the Isolation of active maturation machinery, followed by the stepwise synthesis and assembly of cofactor. In vitro Synthesis of FeMo-co of Nitrogenase from its basic components molybdenum, iron, sulfur and homocitrate has been crucial for elucidating the biogenesis of Fe-Mo-Co. During this habilitation, an In vitro Synthesis of active [NiFe]-hydrogenase using only purified components has been elucidated. This finding allows us to exert much greater control over the Hydrogenase maturation machinery. It provides the possibility to study each of maturation steps individually at molecular level.