Untersuchung von Oxidoreduktasen des Chinon- und Flavocytochromtyps mit Methoden der Bioinformatik und der Biophysikalischen Chemie

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Bakterielle Fumaratreduktasen katalysieren die Elektronenübertragung von Hydrochinonen des Chinonpools auf Fumarat. Ein Kernziel des beantragten Projekts ist das Verständnis der Funktionsweise der Fumaratreduktase Flavocytochrom c3 (Fcc3) aus Shewanella frigidimarina. Dieser fehlt, trotz hoher Sequenzhomologie zu anderen bakteriellen Fumaratreduktasen, der membranständige, chinonbindende Proteinteil. Das somit erforderliche eletronenliefernde Partnerprotein von Fcc3 ist noch nicht bekannt. Die zunehmende Zahl aufgeklärter Strukturen von chinonenthaltenden Redoxproteinen erlaubt es, durch Anwendung von Methoden der Bioinformatik, die charakteristischen Proteinsequenzen für verschiedene Typen von Chinonbindungsstellen zu ermitteln. dies ermöglicht die Identifizierung von unbekannten Chinonbindungsstellen und chinonbindenden Proteinen, wie z.B. dem Partnerprotein von Fcc3. Für mechanistische Studien des Elektronentransfers und der Fumaratreduktion soll ein jüngst für Cytochrom-P450-Proteine etabliertes Verfahren Anwendung finden. Dieses erlaubt durch Bestrahlen mit langwelliger Röntgenstrahlung Reduktionsschritte am Proteinkristall zu initiieren, und somit die Struktur verschiedener Zwischenstufen zu studieren. Mit dieser Methode sollen zunächst verschiedene Flavocytochrome des P-450-Typs untersucht werden. Die experimentellen Befunde sollen durch umfassende theoretische Untersuchungen (Biomolekulares Modelling) ergänzt werden. Die hierbei gewonnenen Erfahrungen sollen dann für die Aufklärung des katalytischen Mechanismus von Fcc3 genutzt werden.