Spektroskopische und elektrochemische Studien der neuartigen Clusterkoordination in Proteinen mit C-terminaler Thioredoxin-Ferredoxin-Domäne

Eisen-Schwefel-Cluster bilden eine Klasse der vielseitigsten anorganischen Cofaktoren in der Natur und sind in allen Domanen des Lebens zu finden. Sie erfullen vielfaltige Aufgaben in verschiedensten Bereichen, wie beispielsweise Elektronentransport, regulatorische Funktionen oder enzymatische Aktivitat. Da verschiedene Krankheiten auf Defekte von Eisen-Schwefel-Proteinen oder deren Biogenese zuruckgefuhrt werden konnen, ist es von grostem Interesse unbekannte Fe/S Proteine zu charakterisieren und ihre Wirkungsweisen zu erforschen. In den beiden haufigsten Clustertypen (der rhombische [2Fe-2S]- und der kubische [4Fe 4S] Cluster) werden zur Koordination der Eisenionen neben anorganischen Sulfidionen in der Regel vier Cysteine des Proteins verwendet. Daneben existieren jedoch auch Proteine, in denen andere Aminosauren als Liganden fungieren. Fur das Rieske-Protein, welches in dieser Arbeit als Referenzprotein fungierte, wurden Mossbauerspektren bei drei passenden pH-Werten aufgenommen. Dadurch konnten zum ersten Mal die drei verschiedenen Zustande des Clusters mit diprotonierten, monoprotonierten bzw. deprotonierten Histidinen mittels Mossbauerspektroskopie untersucht und die entsprechenden Parameter ermittelt werden. Im Hauptteil dieser Arbeit wurden die beiden weitgehend unerforschten Proteine Apd1 und Aim32 aus Saccharomyces cerevisiae kloniert, heterolog in E. coli exprimiert und isoliert. Durch eine anschliesende Charakterisierung mittels UV/Vis-, ESR- und Mossbauerspektroskopie konnte der enthaltene [2Fe 2S] Cluster identifiziert und eine Koordination durch zwei Cysteine und zwei Histidine festgestellt werden, wobei die Proteine keine Rieske-Faltung besitzen. Nach Entdeckung des hochkonservierten HXGGH-Motivs, welches an ahnlicher Stelle zum dritten und vierten Cystein in der Primarstruktur von TLF´s (thioredoxin-like ferredoxins) vorliegt, wurden Mutationen dieser Histidine durchgefuhrt. In Untersuchungen an diesen Mutanten konnten Anderungen in den UV/Vis , ESR- und Mossbauerspektren der variierten Fe/S Cluster beobachtet werden. Bei der pKS-Wert-Bestimmung wurde nach jeder Mutation der vorhandenen Histidine zu Cysteinen, jeweils ein (De-)Protonierungsschritt weniger detektiert. Ebenso zeigten die Mutanten niedrigere Redoxpotentiale als der Wildtyp, dessen Redoxpotential pH-abhangig ist. Es handelt sich hierbei also um eine neuartige Klasse von Proteinen, die eine C-terminale Domane mit einer Faltung ahnlich zu TLF´s besitzt, die aber gleichzeitig ein Rieske-artiges Zentrum beinhaltet. Eine Funktion bei Elektronentransfers liegt deshalb nahe, allerdings ist dazu noch nichts genaueres bekannt. Die Identifikation der genauen Wirkweise sowie der Reaktionspartner der beiden Proteine ist also weiterhin ein spannendes Forschungsgebiet. Ebenso wird der Nachweis uber die Art der Bindung der Histidine durch eine Kristallstruktur wichtige Erkenntnisse uber die Proteinklasse liefern.