Bacterial 2,4-dioxygenases: Catalytic mechanism of 2,4-dioxygenolytic ring cleavage

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Die bakteriellen Enzyme 1H-3-Hydroxy-4-oxochinolin-2,4-Dioxygenase (Qdo) und 1H-3-Hydroxy-4-oxochinaldin-2,4-Dioxygenase (Hod) und die eukaryontische Flavonol-2,4-Dioxygenase (F24D) katalysieren die Spaltung von N- bzw. O-Heterozyklen unter Freisetzung von Kohlenmonoxid. Eine prokaryontische F24D ist bisher nicht beschrieben. Qdo und Hod enthalten weder ein Metallzentrum noch einen organischen Cofaktor. Die von den Strukturgenen qdo und hod abgeleiteten Aminosäuresequenzen zeigen keinerlei Homologie zu bekannten Oxygenasen, sondern besitzen zwar geringe, aber signifikante Ähnlichkeit zu Enzymen des alpha/beta-Hydrolase-Faltungstyps. Eigene Arbeiten deuten darauf hin, daß Qdo katalytisch relevante Ser- und His-Reste besitzt, die den Ser- und His-Resten der katalytischen Triade der Serin-Hydrolasen entsprechen, so daß Qdo nicht nur strukturell, sondern auch funktionell mit Proteinen des alpha/beta-Hydrolase-Faltungstyps verwandt zu sein scheint.(i) Die für Substratbindung und Katalyse relevanten Aminosäurereste der Qdo und Hod sollen identifiziert werden (gerichtete Mutagenese; chemische Derivatisierungen; Substrat-trapping); (ii) es soll versucht werden, Hod und evtl. Qdo zu kristallisieren (für Röntgenstrukturanalysen); (iii) eine prokaryontische F24D soll gereinigt und mit Qdo und Hod bzw. eukaryontischen F24Ds verglichen werden. Das Ziel ist die Aufklärung des Katalysemechanismus der enzymatischen 2,4-Dioxygenolyse.Versuche zur Kristallisation von Qdo und Hod erfolgen in Kooperation mit Prof. B. Dijkstra, Groningen.