Das Wolframat-Bindeprotein TupA aus Eubacterium acidaminophilum

Abstract

Wolfram ist ein wichtiges Spurenelement für einige Archaea und Bacteria. Aufgrund der chemischen und physikalischen Ähnlichkeit der Anionen Wolframat und Molybdat, sind nur wenige biologische Systeme in der Lage, zwischen diesen zu unterscheiden. Das periplasmatische Bindeprotein TupA ist eine Komponente des wolframat-spezifischen ABC-Transport-Systems des Gram-positiven anaeroben Bakteriums Eubacterium acidaminophilum. Das Protein wurde in Escherichia coli kloniert und heterolog exprimiert. Die Bindung von Anionen wurde durch Fluoreszenz-Spektroskopie und isothermische Titrationskalorimetrie untersucht. Für Wolframat wurde ein tight-binding beobachtet (KD <= 1,2 pM), wohingegen für Molybdat eine geringere Affinität bestimmt werden konnte (KD = 2,1myM). Die Stöchiometrie lag für beide Anionen bei etwa einem Mol Anion je Mol TupA. Es wurde nachgewiesen, dass Wolframat Molybdat vom Protein verdrängen kann. TupA-Homologe aus anderen Mikroorganismen zeigen ebenfalls eine hohe Affinität und Spezifität für Wolframat. Es konnte die 1,8 Å-Röntgenkristallstruktur von TupA bestimmt werden. TupA besteht aus zwei unterschiedlichen globulären Domänen, die jeweils aus einem zentralen β-Faltblatt und darum angeordneten α-Helices aufgebaut sind. Die Anionen-Bindestelle befindet sich in der Spalte zwischen den Domänen. Leider ist die Binderegion in der Struktur durch Citrat aus dem Kristallisationspuffer besetzt. Aminosäurereste, die mit dem Citrat-Molekül interagieren sind in der TupA-Proteinfamilie konserviert. Die Struktur der Bindestelle zeigt Ähnlichkeit zu der anderer Anionen-Bindeproteine. Der Rest His94 spielt vermutlich eine bedeutende Rolle bei der spezifischen Bindung von Wolframat.