Reifung und Assemblierung der [NiFe]-Hydrogenasen aus Escherichia coli - Eisen und Regulation ; [kumulative Dissertation]

Abstract

Unter fermentativen Wachstumsbedingungen synthetisiert Escherichia coli drei membrangebundene [NiFe]-Hydrogenasen, welche die reversible Oxidation von molekularem Wasserstoff zu Protonen und Elektronen katalysieren. Diese Enzyme bestehen aus einem minimalen Aufbau von katalytischer Untereinheit, kleiner Elektronentransfer-Untereinheit und Membrananker-Untereinheit. Es zeigte sich dabei, dass die Eisenhomöostase einen wesentlichen Einfluss auf die Assemblierung und Aktivität dieser Multiproteinkomplexe hat. Eisenaufnahme durch den Eisen(II) Transporter FeoABC und der Enterochelin-Transport sind essentiell für vollständige Enzymaktivität. Dabei wurde deutlich, dass Eisen in den großen Untereinheiten für das aktive Zentrum als Eisen(II) geliefert wird, während es in den kleinen Untereinheiten als Eisen-Schwefel Cluster eingebaut wird. Deletionen der Gene für die [FeS]-Cluster Biosynthese führten zur Destabilisierung der kleinen Untereinheiten ohne die keine Aktivität der katalytischen Untereinheiten nachweisbar war.

Under fermentative growth conditions Escherichia coli synthesizes three membrane-bound [NiFe]-hydrogenases, that catalyze the reversible oxidation of dihydrogen to protons and electrons. The enzyme complexes comprise minimally a catalytic subunit, a small electron-transferring subunit and a membrane anchor subunit. Iron homeostasis has a significant influence on protein assembly and activity of these multi-protein complexes. Iron uptake through the divalent FeoABC transporter as well as via enterochelin transport, proved to be essential for full enzyme activity. Iron is delivered as iron(II) to the large subunits, while it is provided as iron-sulfur clusters for the small subunits. Deletion of genes that encode components of the iron-sulfur cluster assembly machinery led to destabilization of the small subunits without which assembly of the enzymes could not be completed.