Seite als PDF downloaden - Max-Planck

Jahrbuch 2007/2008 | Lancaster, C. Roy D. | Elektrogene und elektroneutrale Katalyse durch dihämhaltige
Succinat:Chinon-Oxidoreduktasen
Elektrogene und elektroneutrale Katalyse durch dihämhaltige
Succinat:Chinon-Oxidoreduktasen
Electrogenic and electroneutral catalysis by dihaem-containing
succinate:quinone oxidoreductases
Lancaster, C. Roy D.
Max-Planck-Institut für Biophysik, Frankfurt am Main
Korrespondierender Autor
E-Mail: [email protected]
Zusammenfassung
Die atomaren Strukturen eines bakteriellen Succinat:Chinon-Oxidoreduktase-Enzyms und mechanistisch
interessanter Varianten, hergestellt durch gerichtete Mutagenese, w urden durch Röntgenstrukturanalyse
bestimmt. Zusammen mit komplementären Funktionsuntersuchungen erlaubten diese den eindeutigen Bew eis
eines
neuartigen
Transmembranprotonentransfers,
der
in
diesem
Proteinkomplex
Transmembranelektronentransfer ermöglicht.
Summary
The atomic structures of a bacterial succinate:quinone oxidoreductase and of mechanistically interesting
variants have been determined by X-ray crystallography. Together w ith complementary functional studies,
these results have yielded unequivocal evidence for a novel type of essential transmembrane proton transfer
driving transmembrane electron transfer in this protein complex.
Die Abteilung Molekulare Membranbiologie (Direktor: Hartmut Michel) arbeitet an der Aufklärung der Funktion
und W irkungsw eise von Membranproteinen und Membranproteinkomplexen auf der Basis von möglichst genau
ermittelten dreidimensionalen, atomaren Strukturen. Die
Bestimmung dieser Strukturen erfolgt durch
Röntgenstrukturanalyse, die Herstellung der dafür nötigen Einkristalle ist ein limitierender Schritt bei diesem
Prozess.
Für
die
Herstellung
und
Reinigung
der
dazu
benötigten
Membranproteine
w erden
molekularbiologische und biochemische Methoden eingesetzt.
Innerhalb der Abteilung befasste sich die Arbeitsgruppe Lancaster besonders mit einer w eitverbreiteten
Superfamilie von Enzymen, die in der inneren Mitochondrienmembran von eukaryontischen Zellen oder in der
Cytoplasmamembran von Bakterien verankert sind: den so genannten Succinat:Chinon-Oxidoreduktasen
(SQOR).
Diese
SQOR
bestehen
aus
mehreren
Proteinuntereinheiten,
die
im
hydrophilen
Teil
des
Enzymkomplexes zw ischen den verschiedenen Organismen hohe Sequenzhomologie besitzen, sich aber je
nach Spezies und genauer Enzymspezifizität im membranständigen Teil des Enzymkomplexes insbesondere im
Gehalt an gebundenem Häm B unterscheiden. Dort sind entw eder zw ei, eine oder gar keine Hämgruppe
gebunden. Die Mitglieder der Superfamilie katalysieren in vivo entw eder im Rahmen der aeroben Atmung die
© 2008 Max-Planck-Gesellschaft
w w w .mpg.de
1/9
Jahrbuch 2007/2008 | Lancaster, C. Roy D. | Elektrogene und elektroneutrale Katalyse durch dihämhaltige
Succinat:Chinon-Oxidoreduktasen
Kopplung der Oxidation von Succinat zu Fumarat an die Reduktion von Chinon zu Hydrochinon, das auch als
Chinol bezeichnet w ird – dann w erden diese Succinat:Chinon-Reduktasen (SQR-Enzyme, „Komplex II“)
genannt –, oder sie katalysieren im Rahmen der anaeroben Atmung die entsprechende Reaktion in
umgekehrter Richtung, also die Reduktion von Fumarat durch Chinol – dann w erden sie als Chinol:FumaratReduktasen (QFR) bezeichnet. Neben der Übertragung von zw ei Elektronen w erden bei den Einzelreaktionen
auch jew eils zw ei Protonen übertragen.
QFR-Enzyme findet man bei vielen anaeroben Organismen, so z. B. beim ε-Proteobakterium Wolinella
succinogenes, das im Rinderpansen vorkommt. Dieses nichtpathogene Bakterium dient als Modellsystem für
verw andte, aber humanpathogene ε-Proteobakterien, w ie z.B. Helicobacter pylori und Campylobacter jejuni. Die
QFR von W. succinogenes ist ein dihämhaltiges Enzym, das die Oxidation von Menachinol (MKH2 ) durch Fumarat
katalysiert. Diese Reaktion ist der letzte Teilschritt der Fumarat-Atmungskette, bei der das Fumarat den
Sauerstoff als terminalen Elektronenakzeptor ersetzt und dies dem Bakterium erlaubt, mit verschiedenen
Elektronendonorsubstraten, w ie beispielsw eise Formiat oder W asserstoff zu w achsen (Abb. 1A).
© 2008 Max-Planck-Gesellschaft
w w w .mpg.de
2/9
Jahrbuch 2007/2008 | Lancaster, C. Roy D. | Elektrogene und elektroneutrale Katalyse durch dihämhaltige
Succinat:Chinon-Oxidoreduktasen
Die Übe rtra gung von Ele k trone n und P rotone n durch
Me m bra nprote ink om ple x e be i de r Fum a ra t-Atm ung (A) und in
de r Q FR von W. succinogenes (B,C ,D). P ositive und ne ga tive
Se ite n de r Me m bra n sind da s P e ripla sm a bzw. da s
C ytopla sm a . (A) Sche m a tische Da rste llung de r Enzym e de r
Fum a ra t-Atm ung (B) Struk tur de s Hom odim e rs de r Q FR von
W. succinogenes m it je zwe i A-, B- und C -Unte re inhe ite n. Die
C α-Ke tte n de r be ide n A-Unte re inhe ite n sind in bla u und
bla ugrün, die de r be ide n B-Unte re inhe ite n in rot bzw. lila , und
die de r be ide n C -Unte re inhe ite n in grün bzw. he llbla u
da rge ste llt. Die a tom a re n Struk ture n de r se chs prosthe tische n
Gruppe n sind zur be sse re n Sichtba rk e it in de n Vorde rgrund
projizie rt. Von obe n na ch unte n sind die se s da s Histidyl-FAD,
da s [2Fe -2S]-, da s [4Fe -4S]- und da s [3Fe -4S]-Ze ntrum , die
prox im a le (bP) und die dista le (bD) Hä m gruppe . C , N, O , P , S
und Fe Atom e sind ge lb, bla u, rot, he llgrün, grün bzw. ora nge
da rge ste llt. (C ) Hypothe tische Ge ne rie rung e ine s
e le k troche m ische n P rotone npote nzia ls durch die O rie ntie rung
de r k a ta lytische n Ze ntre n zu unte rschie dliche n Se ite n de r
Me m bra n. Die prosthe tische n Gruppe n e ine s Monom e rs im W .
succinoge ne s-Q FR -Dim e r sind da rge ste llt, zusa m m e n m it de r
Se ite nk e tte de s Am inosä ure re sts Glu C 66 (grün) und e ine s
© 2008 Max-Planck-Gesellschaft
w w w .mpg.de
3/9
Jahrbuch 2007/2008 | Lancaster, C. Roy D. | Elektrogene und elektroneutrale Katalyse durch dihämhaltige
Succinat:Chinon-Oxidoreduktasen
Mode lls de r Bindung von Me na chinol (MKH 2, rot) sowie de s
ge bunde ne n Fum a ra ts. (D) Hypothe tische r C o-Tra nsfe r von
e ine m P roton (H + ) pro Ele k tron (e - ) übe r die Me m bra n („EW e g-Hypothe se “). Die zwe i be i de r O x ida tion von Me na chinol
fre iwe rde nde n P rotone n we rde n in da s P e ripla sm a (unte n)
übe r de n R e st Glu C 66 fre ige se tzt. Zur Kom pe nsie rung de r
Ele k trone nübe rtra gung übe r die be ide n Hä m gruppe n we rde n
P rotone n vom P e ripla sm a übe r die C -R ing-P ropiona tgruppe
de r dista le n Hä m gruppe bD und de r Se ite nk e tte von Glu C 180
in da s C ytopla sm a (obe n) übe rtra ge n, wo sie die be i de r
R e duk tion von Fum a ra t ge bunde ne n P rotone n e rse tze n. Im
ox idie rte n Zusta nd de s Enzym s ist de r „E-W e g” block ie rt.
© Ma x -P la nck -Institut für Biophysik /La nca ste r
Analog zur aeroben Atmung w ird auch bei der Fumarat-Atmung die freiw erdende Energie nach der
chemiosmotischen Theorie
von Peter Mitchell in Form eines elektrochemischen Protonenpotenzials Δp
zw ischengespeichert. Dieses kann zur Phoshorylierung von Adenosindiphosphat (ADP) mit anorganischem
Phosphat zu Adenosintriphosphat (ATP), der „Energiew ährung“ der Zelle, verw endet w erden.
W ährend die meisten SQR-Enzyme ein Chinon mit vergleichsw eise hohem Redoxpotenzial reduzieren, also
eines das sich vergleichsw eise leicht reduzieren lässt, w ie z.B. Ubichinon, oxidieren die QFR-Enzyme in der
anaeroben Atmung ein Chinol mit vergleichsw eise niedrigem Redoxpotenzial, das sich entsprechend leichter
oxidieren
lässt, w ie
z.B. Menachinol, sodass
in
beiden
Fällen
die
katalysierte
Gesamtreaktion
der
Succinatoxidation durch Chinon bzw . der Fumaratreduktion durch Chinol jew eils unter Standardbedingungen
exergonisch verläuft. Eine w ichtige Ausnahme w ird w eiter unten diskutiert.
Die dreidimensionale Struktur der QFR von W. succinogenes w urde durch Röntgenstrukturanalyse, zunächst bis
zu einer Auflösung von 2.2 Angström (Å) bestimmt (für eine Übersicht siehe [1]). Diese Auflösung w urde später
auf 1.78 Å verbessert [2]. Zw ei Komplexe aus jew eils einer A-, B- und C-Untereinheit bilden ein 260 kDa
großes Homodimer (Abb. 1B). Die A-Untereinheit bindet kovalent das Flavinadenindinukleotid (FAD) und bildet
auch das katalytische Zentrum der Fumarat-Reduktion, die B-Untereinheit bindet drei verschiedene EisenSchw efel-Zentren, und die membranständige C-Untereinheit bindet die beiden zuvor erw ähnten Häm BGruppen, die aufgrund ihrer relativen Lage zu den hydrophilen Untereinheiten als das proximale Häm bP bzw .
das distale Häm bD bezeichnet w erden. Außerdem bildet die C-Untereinheit die Stelle der Chinoloxidation in
der Nähe von Häm-bD . Durch strukturelle und funktionelle Charakterisierung des Variantenenzyms E66Q, bei
dem das in der Nähe liegende protonierbare Glutamat C66 mittels gerichteter Mutagenese durch den
nichtprotonierbaren Rest Glutamin ersetzt w urde, zeigten die W issenschaftler, dass dieses Glu C66 essentiell
für die Oxidation von Chinol ist (Abb. 1C).
Die bei der Chinoloxidation frei w erdenden Elektronen können über die lineare Kette von sechs prosthetischen
Gruppen eines Monomers zum Ort der Fumaratreduktion in direkter Nachbarschaft der FAD-Gruppe übertragen
w erden. Aufgrund der Orientierung der katalytischen Zentren der mit Protonenfreisetzung verbundenen
Chinoloxidation und der mit Protonenbindung assoziierten Fumarat-Reduktion zu unterschiedlichen Seiten der
Membran sollte die Chinol-Oxidation durch Fumarat bei Katalyse durch eine solche dihämhaltige QFR ein
elektrochemisches Protonenpotential (Δp) erzeugen, also elektrogen sein (Abb. 1C).
Überprüfung der elektrogenen bzw. elektroneutralen Katalyse durch dihämhaltige SQOR
Es gab experimentelle Hinw eise darauf, dass dies zumindest in einigen dihämhaltigen SQOR der Fall zu sein
schien. So w ird die Reaktion in umgekehrter Richtung, also die Oxidation von Succinat durch Menachinon, eine
© 2008 Max-Planck-Gesellschaft
w w w .mpg.de
4/9
Jahrbuch 2007/2008 | Lancaster, C. Roy D. | Elektrogene und elektroneutrale Katalyse durch dihämhaltige
Succinat:Chinon-Oxidoreduktasen
endergone Reaktion unter Standardbedingungen, durch eine dihämhaltige SQOR in Gram-positiven Bakterien
w ie Bacillus subtilis oder Bacillus licheniformis katalysiert. Die Arbeitsgruppe von Gottfried Unden (Mikrobiologie,
Universität Mainz) hatte gezeigt, dass diese Reaktion in Gram-positiven Bakterien durch Protonophore, also
durch Substanzen, die die Membran durchlässig machen für Protonen, gehemmt w ird, w as darauf hinw eist,
dass sie durch das Protonenpotential Δp über der Membran getrieben w ird. Allerdings w urden diese
Experimente ausschließlich an ganzen Zellen und isolierten Membranen durchgeführt, und es w ar bezw eifelt
w orden, dass die beobachteten Effekte spezifisch mit der SQR assoziiert sind.
Die Arbeitsgruppe Lancaster konnte zeigen, dass die dihämhaltige Succinat:Menachinon-Reduktase nach
Isolierung aus dem Gram-positiven Bakterium Bacillus licheniformis und nach Einbau in ein künstliches
Membransystem – der so genannten Rekonstitution in Proteoliposomen – nur dann in der Lage ist, die
Reduktion des löslichen Menachinonanalogons 2-Ethyl-3-Methyl-1,4-Naphthochinon (EMN) zu katalysieren,
w enn das Protonophor Carbonylcyanid-m-chlorphenylhydrazon (CCCP) hinzugesetzt w ird. Daraus w urde
geschlossen, dass die Reaktion selbst bei hohem Überschuss des Edukts nicht hinreichend exergonisch ist, um
den
Aufbau
eines
elektrochemischen
Protonenpotenzials Δp
über
der
Proteoliposomenmembran
zu
unterstützen. Um die Triebkraft der Reaktion zu erhöhen, modifizierte die Arbeitsgruppe Lancaster in
Zusammenarbeit mit der Arbeitsgruppe von Harald Schw albe (Organische Chemie, Universität Frankfurt am
Main)
das
Substratchinon,
sodass
es
ein
höheres
Redoxpotenzial besaß, w ie
es
für das
lösliche
Ubichinonanalogon EQ-0 der Fall w ar. Um die Triebkraft der Reaktion in entgegengesetzter Richtung zu
erhöhen, w urde das Substrat 2-Methyl-3-Methylamino-1,4-Naphthochinol (MMANH2 ) entw ickelt, mit einem im
Vergleich zum EMNH2 und DMNH2 (2,3-Dimethyl-1,4-Naphthochinol) niedrigeren Redoxpotenzial.
Zw ei
Komponenten
tragen
zum
elektrochemischen
Protonenpotenzial Δp
bei,
zum
einen
das
Membranpotenzial ΔΨ, das durch eine unterschiedliche Anzahl von elektrischen Ladungen beider Seiten der
Membran entsteht, und zum anderen der Protonengradient ΔpH. Letzterer w ird durch Messungen von pHÄnderungen im Lumen der Proteoliposomen anhand der Absorptionsänderungen des Indikatorfarbstoffs 8Hydroxy-1,3,6-Pyrentrisulfonat (Pyranin) gemessen, w ie in Abbildung 2 (rot) dargestellt.
Ka ta lytische Ak tivitä t de r prote oliposom a le n SQ R a us B.
liche niform is (bla u), O x ida tion de s Nie drigpote nzia lchinols
MMANH 2 (A) und R e duk tion de s Hochpote nzia lchinons EQ -0
(B) sowie die Ve rfolgung de r Ge ne rie rung e ine s ∆pH (rot).
© Ma x -P la nck -Institut für Biophysik /Ma de j, La nca ste r
Die Oxidation des Niedrigpotenzialchinols MMANH2 w ird ebenfalls photometrisch verfolgt, w ie in Abbildung 2A
blau dargestellt, und ist mit einer Ansäuerung des Proteoliposomenlumens verknüpft. Entsprechend ist die von
der proteoliposomalen SQR katalysierte Reduktion des Hochpotenzialchinons EQ-0 mit einer Alkalisierung des
Proteoliposomenlumens assoziiert (Abb. 2B).
© 2008 Max-Planck-Gesellschaft
w w w .mpg.de
5/9
Jahrbuch 2007/2008 | Lancaster, C. Roy D. | Elektrogene und elektroneutrale Katalyse durch dihämhaltige
Succinat:Chinon-Oxidoreduktasen
Das Membranpotenzial ΔΨ w urde durch Verfolgung der Aufnahme von lipophilen Ionen in die Proteoliposomen
mithilfe von Elektroden gemessen, die spezifisch w aren für die lipophilen Ionen Tetraphenylphosphonium
(TPP +) und Tetraphenylborat (TPB - ). Sow ohl im Fall der Chinoloxidation als auch im Fall der Chinonreduktion
konnte (über die Aufnahme von TPB- bzw . TPP +) die Entstehung eines Membranpotenzials gemessen w erden,
w elches zusammen mit den ΔpH-Messungen die elektrogene Katalyse durch dieses Enzym bew eist [3].
Allerdings w urde bei entsprechenden Messungen mit der QFR von W. succinogenes gefunden, dass Gleiches für
dieses
Enzym
nicht
gilt.
W ährend,
w ie
in Abbildung 3
(blau)
gezeigt
w ird,
die
Oxidation
des
Niedrigpotenzialchinols MMANH2 unterstützt w ird, konnte w eder der Aufbau eines Protonengradienten noch
eines Membranpotenzials nachgew iesen w erden. Die Reaktion w ar also elektroneutral. Es entstand also das
Problem, dass man mit der ermittelten Membranproteinstruktur die Funktionsw eise verw andter Enzyme besser
erklären konnte als die des Enzyms, dessen Struktur aufgeklärt w orden w ar.
Ve rfolgung de r k a ta lytische n Ak tivitä t (A) sowie de r
Ge ne rie rung e ine s pH-Gra die nte n ΔpH (B) und e ine s
Me m bra npote nzia ls ΔΨ (C ) durch prote oliposom a le Q FR von
W . succinoge ne s (bla u), durch da s Va ria nte ne nzym E180Q Q FR (rot) und durch E180Q -Q FR in Ge ge nwa rt de s Inhibitors
DHN (20 μM, grün).
© Ma x -P la nck -Institut für Biophysik /Ma de j, La nca ste r
Beweis
der
„E-Weg
Hypothese“
der
durch
Transmembran-Protonenübertragung
getriebenen
Transmembran-Elektronenübertragung
Als Arbeitshypothese zur Aufhebung dieser Diskrepanz hatte Lancaster die „E-Weg-Hypothese“ („E-pathw ay
hypothesis“) aufgestellt (Abb. 1D). Danach ist der Elektronentransfer über die Membran in W. succinogenes
QFR strikt an die Übertragung von einem Proton pro Elektron vom Periplasma in das Cytoplasma gekoppelt.
Der Weg der Protonentranslokation w ird transient w ährend der Reduktion der Hämgruppen etabliert und ist in
der Struktur des oxidierten Enzyms nicht durchgängig erkennbar. Mögliche Bestandteile des Weges sind das
C-Ring-Propionat der distalen Hämgruppe und die Seitenkette von Glu C180, die sich in der Mitte der Membran
befindet und dem „E-Weg“ seinen Namen gibt. Dieser Rest ist in den QFR-Enzymen von ε-Proteobakterien
© 2008 Max-Planck-Gesellschaft
w w w .mpg.de
6/9
Jahrbuch 2007/2008 | Lancaster, C. Roy D. | Elektrogene und elektroneutrale Katalyse durch dihämhaltige
Succinat:Chinon-Oxidoreduktasen
konserviert, nicht aber in den dihämhaltigen SQR-Enzymen von Gram-positiven Bakterien.
Seit der Formulierung dieser Hypothese hat die Gruppe theoretische [4] und experimentelle [5] Ergebnisse
erhalten, die diese Hypothese stützen. Von zentraler Bedeutung ist hierbei eine gerichtete Mutagenese, bei
der das Glu C180 durch Gln ersetzt w urde. Die Mutante E180Q w ächst nicht durch anaerobe Respiration mit
Fumarat als terminalem Elektronenakzeptor. Mit dem heutigen Kenntnisstand kann man sagen, dass diese
Beobachtung die Unverzichtbarkeit des „E-Wegs“ für das Leben unter den Bedingungen der Fumarat-Atmung
zeigt. Wenn Fumarat durch Nitrat ersetzt w ird, w ächst die Mutante und produziert eine QFR-Variante, die von
der Arbeitsgruppe isoliert und ausgiebig charakterisiert w urde, unter anderem auch durch Rekonstitution in
Proteoliposomen.
Analog
proteoliposomalen
SQR
zur
zuvor
gezeigten
von B. licheniformis
durch
Stimulierung
der
Zugabe
Entkopplers
des
Chinonreduktionsaktivität
CCCP
w ird
auch
der
die
Chinoloxidationsaktivität der proteoliposomalen E180Q-QFR von W. succinogenes durch Zugabe von CCCP
ermöglicht. Im Gegensatz zur W ildtyp (W T)-QFR, die nach Rekonstitution in Liposomen zw ar die Oxidation des
Niedrigpotenzialchinols MMANH2 durch Fumarat katalysiert (blau in Abb. 3A), dabei aber w eder eine Änderung
der lumenalen Protonenkonzentration (blau in Abb. 3B) noch eine Generierung eines Membranpotenzials (blau
i n Abb. 3C) verursacht, w urde gezeigt, dass im Fall der E180Q-Variante eine w enn auch vergleichsw eise
geringere katalytische Aktivität (rot in Abb. 3A) mit einer deutlichen Ansäuerung des Proteoliposomenlumens
(rot in Abb. 3B) sow ie einer Aufnahme von TPB- in die Proteoliposomen (rot in Abb. 3C) verbunden ist. Diese
Ergebnisse belegen klar das Vorhandensein des „E-Wegs“ im W ildtyp-Enzym und die Nichtfunktionalität dieses
E-Wegs in der E180Q-Variante [2]. Die Rolle w eiterer Reste als mögliche Bestandteile des E-Wegs ( Abb. 4A,
4B) sow ie die Eintritts- und Austrittsstellen für Protonen w erden w eiterhin intensiv untersucht.
© 2008 Max-Planck-Gesellschaft
w w w .mpg.de
7/9
Jahrbuch 2007/2008 | Lancaster, C. Roy D. | Elektrogene und elektroneutrale Katalyse durch dihämhaltige
Succinat:Chinon-Oxidoreduktasen
De r „E-W e g“ in dihä m ha ltige r Q FR . Da s P e ripla sm a be finde t
sich in de n Abbildunge n unte n, da s C ytopla sm a obe n; (A), (B)
O rthogona le Ansichte n von m ögliche n Ele m e nte n de s „EW e gs” wie in de m be i 1.78 Å Auflösung ve rfe ine rte n
Struk turm ode ll de r Q FR von W . succinoge ne s. Zur
Erle ichte rung de r O rie ntie rung zwische n de n be ide n Ansichte n
ve rbinde n ge striche lte he llbla ue Linie n die Hydrox ylgruppe
de s R e ste s Tyr C 245 und da s Nε-Atom von His B215 und die
Hydrox ylgruppe von Tyr C 231 zum C γ -Atom de r Hä m bD C R ingpropiona tgruppe . Entla ng die se r ge striche lte n Linie
k önne n e inige pola re und protonie rba re R e ste ge funde n
we rde n. Im Fa ll de s „dista le n Konform e rs“ von Glu C 180 sind
die Kohle nstoffa tom e he llbla u da rge ste llt. Ansonste n ist die
Fa rbk odie rung wie für Abbildung 1B de finie rt. Die Gruppe n,
de re n R olle im „E-W e g“ e x pe rim e nte ll unte rstützt wird [1], Glu
C 180 und die Hä m bD C -R ing P ropiona tgruppe , sind m it lila
Ellipsoide n he rvorge hobe n. Die Ele k trone ndichte , da s
e ige ntliche e x pe rim e nte lle Erge bnis, in da s da s a tom a re
Mode ll e inge pa sst wird, ist in bla u für a usge wä hlte
P rote ingruppe n und in grün für Nicht-P rote ingruppe n wie die
Hä m gruppe n und W a sse rm ole k üle da rge ste llt. (C ) und (D)
ve ra nscha uliche n die Konse que nze n de r Abwe se nhe it de s „E-
© 2008 Max-Planck-Gesellschaft
w w w .mpg.de
8/9
Jahrbuch 2007/2008 | Lancaster, C. Roy D. | Elektrogene und elektroneutrale Katalyse durch dihämhaltige
Succinat:Chinon-Oxidoreduktasen
W e gs” in dihä m ha ltige n Succina t:Me na chinon-R e duk ta se n,
z.B. von Gra m -positive n Ba k te rie n (C ) bzw. de sse n
Anwe se nhe it in dihä m ha ltige n Me na chinol:Fum a ra tR e duk ta se n.
© Ma x -P la nck -Institut für Biophysik /La nca ste r
Insgesamt w urde gezeigt, dass die unter Standardbedingungen endergone Oxidation von Succinat durch
Menachinon, die durch eine dihämhaltige SQR in B. licheniformis und anderen Gram-positiven Bakterien
katalysiert w ird, unter Ausnutzung von Δp betrieben w ird (Abb. 4C). Umgekehrt ist die bei der Reduktion von
Fumarat durch Menachinol freiw erdende Energie offensichtlich nicht ausreichend, um bei dihämhaltigen QFREnzymen zum Aufbau eines Protonenpotentials Δp beizutragen. Hier sind offenbar solche Enzyme essentiell,
die einen kompensatorischen „E-W eg“ besitzen (Abb. 4D).
Originalveröffentlichungen
Nach
Erw eiterungen
suchenBilderw eiterungChanneltickerDateilisteHTML-
Erw eiterungJobtickerKalendererw eiterungLinkerw eiterungMPG.PuRe-ReferenzMitarbeiter
(Employee
Editor)Personenerw eiterungPublikationserw eiterungTeaser
mit
BildTextblockerw eiterungVeranstaltungstickererw eiterungVideoerw eiterungVideolistenerw eiterungYouTubeErw eiterung
[1] C. R. D. Lancaster, A. H. Haas, M. G. Madej and M. Mileni:
Recent progress on obtaining theoretical and experimental support for the "E-pathway hypothesis" of
coupled transmembrane electron and proton transfer in dihaem-containing quinol:fumarate reductase.
(Special Issue: Proton Transfer Reactions) Biochimica et Biophysica Acta, Bioenerg. 1757, 988-995 (2006).
[2] M. G. Madej, H. R. Nasiri, N. S. Hilgendorff, H. Schwalbe and C. R. D. Lancaster:
Evidence for transmembrane proton transfer in a dihaem-containing membrane protein complex.
The EMBO Journal 25, 4963-4970 (2006).
[3] M. G. Madej, H. R. Nasiri, N. S. Hilgendorff, H. Schwalbe, G. Unden and C. R. D. Lancaster:
Experimental evidence for proton-motive force-dependent catalysis by the dihaeme-containing
succinate:menaquinone oxidoreductase from the Gram-positive bacterium Bacillus licheniformis.
Biochemistry 45, 15049-15055 (2006).
[4] A. H. Haas and C. R. D. Lancaster:
Calculated coupling of transmembrane electron and proton transfer in dihaemic quinol:fumarate
reductase.
Biophysical Journal 87, 4298-4315 (2004).
[5] C. R. D. Lancaster, U. S. Sauer, R. Groß, A. H. Haas, J. Graf, H. Schwalbe, W. Mäntele, J. Simon and M.
G. Madej:
Experimental support for the "E-pathway hypothesis" of coupled transmembrane e- and H+ transfer in
dihaemic quinol:fumarate reductase.
Proceedings of the National Academy of Sciences of the USA 102, 18860-18865 (2005).
© 2008 Max-Planck-Gesellschaft
w w w .mpg.de
9/9