Biochemical and structural studies on enzymes of menaquinone biosynthesis

Abstract

Menachinon ist ein fettlösliches Molekül, welches für die Elektronentransportkette in gram-positiven Bakterien verantwortlich ist. Menachinon kann entweder über den klassischen Weg oder über den Futalosineweg synthetisiert werden. Da der zweite Weg erst vor kurzem entdeckt wurde, sind alle wichtigen Enzyme für die Bildung von Menachinon noch unbekannt. Deshalb wurde im ersten Teil der Arbeit die Prenylierungsreaktion in diesem Weg untersucht. Dafür wurden die mutmaßlichen Prenyltransferasen aus Thermusthermophilus(TtUbiA) und Streptomyceslividans(SlUbiA) verwendet. Funktionelle und phylogenetische Analysen legen die Existenz einer eigenen Klasse von Prenyltransferasen nahe, welche zum Futalosineweg gehört. Der zweite Teil dieser Arbeit beschreibt die erste Kristallstruktur von MqnB aus Thermusthermophilus in der Apo- und Ligand-Form. Strukturelle Analysen zeigten hohe strukturelle Homologie zwischen den EnzymenTtMqnB und 5’-methylthioadenosin-nucleosidase(MTAN) mit bemerkenswerten Abweichungen im aktivenZentrum.

Menaquinone is a lipid-soluble molecule responsible for the electron transport in Gram-positive bacteria. Menaquinone can be synthesized either via the classical pathway or via the futalosine pathway. The second one was recently discovered and for this reason, all the enzymes important forthe formation of menaquinone are still unknown. Thereby, the first part of this work investigatesthe potential prenylation reaction that occurs in this pathway usingthe putative prenyltransferases from Thermusthermophilus(TtUbiA) and Streptomyces lividans(SlUbiA). Functional and phylogenetic analyses suggest a distinct class of prenyltransferases associated with the futalosine pathway. The second part of the work describesthe first crystal structure of MqnB homolog from Thermusthermophilus in the apo- and ligand-form. Structural analyses showed that TtMqnB shares high structural homology with 5’-methylthioadenosine nucleosidase (MTAN) enzymes, with remarkable divergences in the active site.