Struktur und Funktion der Cytochrom c Nitritreduktase

Abstract

Als ein Schlüsslenzym im biologischen Stickstoffkreislauf katalysiert Cytochrom c Nitritreduktase die 6-Elektronen-Reduktion von Nitrit zu Ammoniak innerhalb des Stoffwechselwegs der dissimilatorischen Nitratreduktion zu Ammoniak. Ziel dieser Arbeit war, das bereits durch biochemische und spektroskopische Studien gewonnene Bild des Proteins durch eine detaillierte Analyse von der Primär- bis hin zur Quartärstruktur zu erweitern.Das für das Nitritreduktasesystem codierende nrf-Operon wurde aus den der e-Gruppe der Proteobakterien zugehörigen Arten Sulfurospirillum deleyianum und Wolinella succinogenes kloniert und sequenziert. Die beiden Sequenzen zeigen eine genetische Organisation, welche sich deutlich von bekannten Operonsequenzen unterscheidet. Dennoch ist das für das Enzym codierende nrfA-Gen in allen Organismen hoch konserviert.Da Nitritreduktase fünf Hämgruppen pro Monomer besitzt war es möglich, die Kristallstruktur des Enzyms aus S. deleyianum durch MAD-Phasierung zu lösen. Die Struktur wurde im Komplex mit Nitrit und mit Sulfat gelöst, und zeigte neben einer Reihe neuer Eigenschaften auch Ähnlichkeiten zu anderen Multihäm-Cytochromen, insbesondere zu Hydroxylamin-Oxidoreduktase. Ferner war die Struktur Voraussetzung für die Analyse des homologen Enzyms aus W. succinogenes durch Patterson-Suchmethoden.Ein Vergleich zwischen Nitritreduktase und dem Elektronentransporter Cytochrom c3 aus Desulfovibrio desulfuricans Essex 6 unterstreicht die unterschiedlichen Anforderungen, die an ein Enzym wie Nitritreduktase zu stellen sind. Mit Ausnahme des photosynthetischen Reaktionszentrums zeigen zudem alle bisher strukturell charakterisierten Multihäm-Cytochrome wiederkehrende Motive in der Anordnung ihrer Hämgruppen. Ihre strukturelle Charakterisierung kann helfen, Mechanismen derWechselwirkung zwischen Hämgruppen innerhalb von Proteinen zu verstehen.