Biochemie gasumwandelnder Biokatalysatoren

Reifung und Zusammenbau von [NiFe]-Hydrogenasen

 

Für den Zusammenbau des katalytischen Ni-Fe-Zentrums sind mindestens sechs akzessorische Proteine erforderlich, die an der Synthese der einzigartigen CO- und CN-Liganden und dem Einbau des Metalls in die kofaktorfreie Apo-Hydrogenase beteiligt sind. Es ist inzwischen erwiesen, dass die Cyanid-Liganden aus Carbamoylphosphat stammen, das auch als zentrales Zwischenprodukt bei der Biosynthese von Arginin und DNA dient. Der Ursprung des CO-Liganden unter anaeroben Bedingungen ist noch unklar. Wir haben gezeigt, dass N10-Formyl-Tetrahydrofolat, ein Zwischenprodukt des zentralen C1-Stoffwechsels, unter aeroben Bedingungen die Quelle für den CO-Liganden ist.

 

Schlüsselpublikationen über die CO-Biosynthese aus N10-Formyl-Tetrahydrofolat:

Schulz, A. C.; Frielingsdorf, S.; Pommerening, P.; Lauterbach, L.; Bistoni, G.; Neese, F.; Oestreich, M.; Lenz, O.
Formyltetrahydrofolate decarbonylase synthesizes the active site CO ligand of O2-tolerant [NiFe] hydrogenase
J. Am. Chem. Soc. 2020, 142, 1457–1464
DOI: 10.1021/jacs.9b11506

Bürstel, I.; Siebert, E.; Frielingsdorf, S.; Zebger, I.; Friedrich, B.; Lenz, O.
Synthesis of CO from the central one-carbon pool: origin of the carbonyl ligand in O2-tolerant [NiFe]-hydrogenase
Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A.2016, 113, 14722–14726,
DOI: 10.1073/pnas.1614656113

 

Unsere derzeitigen Forschungsarbeiten zur [NiFe]-Hydrogenase-Reifung konzentrieren sich auf Einbau des Fe(CN)2(CO)-Fragments des katalytischen Zentrums in die apo-Form der großen Untereinheit der [NiFe]-Hydrogenase und die Analyse der verschiedenen Reifungsintermediate mittels genetischer, biochemischer und spektroskopischer Techniken.

 

Schlüsselpublikationen über die Synthese und Verarbeitung des Fe(CN)2(CO)-Synthons des aktiven Zentrums:

Caserta, G.; Hartmann, S.; Van Stappen, C.; Karafoulidi-Retsou, C.; Lorent, C.; Yelin, S.; Keck, M.; Schoknecht, J.; Sergueev, I.; Yoda, Y.; Hildebrandt, P.; Limberg, C.; DeBeer, S.; Zebger, I.; Frielingsdorf, S.; Lenz, O.
Stepwise assembly of the active site of [NiFe]-hydrogenase
Nat. Chem. Biol. 2023, 19, 498–506,
DOI: 10.1038/s41589-022-01226-w

Bürstel, I.; Siebert, E.; Winter, G.; Hummel, P.; Zebger, I.; Friedrich, B.; Lenz, O.
A universal scaffold for synthesis of the Fe(CN)2(CO) moiety of [NiFe] hydrogenase
J. Biol. Chem. 2012, 287, 38845–38853,
DOI: 10.1074/jbc.M112.376947