Sulfid-Chinon Reduktase (SQR) aus Rhodobacter capsulatus: Physikochemische Charakterisierung und Studien zum katalytischen Mechanismus

Item type:	Thesis of the University of Regensburg (PhD)
Open Access Type:	Primary Publication
Date:	16 January 2002
Referee:	Günter Hauska
Date of exam:	17 December 2001
Institutions:	Biology, Preclinical Medicine > Institut für Pflanzenwissenschaften > Alumni or Retired > Prof. Dr. Günter Hauska
Keywords:	Flavine , Rhodobacter capsulatus , Elektronentransport , Sulfide , Flavoprotein , Chinon , flavoprotein , Quinone , Rhodobacter , sulfide , electron transport
Dewey Decimal Classification:	500 Science > 570 Life sciences
Status:	Published
Refereed:	Yes, this version has been refereed
Created at the University of Regensburg:	Yes
Item ID:	9900

Abstract (German)

Biologische Oxidation von Sulfid ist eine in allen drei Domänen des Lebens stattfindende Reaktion. Als das in vielen Bakterien dafür verantwortliche Enzym wurde eine Sulfid:Chinon Oxidoreduktase (SQR) identifiziert. Bei dem aus Rhodobacter capsulatus isolierten Enzym handelt es sich um ein peripher an die Cytoplasmamembran gebundenes Flavoprotein mit einem Molekulargewicht von ca. 48 kDa, das in ...

Abstract (German)

Biologische Oxidation von Sulfid ist eine in allen drei Domänen des Lebens stattfindende Reaktion. Als das in vielen Bakterien dafür verantwortliche Enzym wurde eine Sulfid:Chinon Oxidoreduktase (SQR) identifiziert. Bei dem aus Rhodobacter capsulatus isolierten Enzym handelt es sich um ein peripher an die Cytoplasmamembran gebundenes Flavoprotein mit einem Molekulargewicht von ca. 48 kDa, das in seiner aktiven Form wahrscheinlich als Dimer vorliegt. In der vorliegenden Arbeit wurde die SQR aus Rhodobacter capsulatus mit einem N-terminalen His-Tag heterolog in E. coli exprimiert und zur Homogenität gereinigt. Die Eigenschaften des isolierten Enzyms wie Substrataffinität, Fluoreszenzverhalten und pH-Abhängigkeit waren weitgehend identisch mit denen des nativen Enzyms aus Rhodobacter capsulatus. Weiterhin wurden der Bindungscharakter und die Menge der prosthetischen Gruppe FAD, der isoelektrische Punkt, die Circular Dichroismus-Eigenschaften, die Temperaturabhängigkeit und Stabilität sowie die Redoxeigenschaften der SQR untersucht. Durch gerichtete Mutagenese wurden drei für die reduktive Halbreaktion essentielle Cysteinreste identifiziert. Darüberhinaus führte eine Mutation in der dritten Flavinbindedomäne zu einem Enzym mit drastisch verringerter Substrataffinität. Bei zwei mutierten Formen der SQR, bei denen jeweils ein konservierter Histidinrest gegen Alanin ausgetauscht wurde, war das pH-Optimum der Reaktion deutlich verschoben. Durch verschiedene Nachweismethoden wurde Polysulfid als Reaktionsprodukt der SQR identifiziert. Auf Basis der gewonnenen Daten wurden Reaktionsmechanismen für die sulfidabhängige Reduktion und die chinonabhängige Oxidation des Enzyms und für die Bildung von Polysulfid formuliert.

Translation of the abstract (English)

Biological sulfide oxidation is a reaction occuring in all three domains of life. The enzyme responsible for this reaction in many bacteria has been identified as sulfid:quinone oxidoreductase (SQR). The enzyme from Rhodobacter capsulatus is a peripherically membrane-bound flavoprotein with a molecular mass of approximately 48 kDa, presumably acting as a homodimer. In this work SQR from ...

Translation of the abstract (English)

Biological sulfide oxidation is a reaction occuring in all three domains of life. The enzyme responsible for this reaction in many bacteria has been identified as sulfid:quinone oxidoreductase (SQR). The enzyme from Rhodobacter capsulatus is a peripherically membrane-bound flavoprotein with a molecular mass of approximately 48 kDa, presumably acting as a homodimer. In this work SQR from Rhodobacter capsulatus has been modified with a N-terminal His-tag and heterologously expressed in and purified from E. coli. The properties of the isolated enzyme such as substrate affinity, fluorescence behavior and pH-dependence were widely identical compared to the native enzyme from Rhodobacter capsulatus. In addition to that binding and amount of the prosthetic group FAD, isoelectric point, circular dichroism, temperature dependence, stability and redox properties of SQR were tested. Three cystein residues essential for the reductive half-reaction have been identified by site-directed mutagenesis. A mutation within the third flavin-binding domain led to a drastically reduced substrate affinity. Two conserved histidine residues have been mutated individually to serine. Both of the resulting enzymes showed a shift in the pH-dependence of SQR reaction. Polysulfide has been identified as reaction product using spectroscopic and chromatographic methods. Based on these data reaction mechanisms for sulfide-dependent reduction and quionone-dependent oxidation of the enzyme and for the formation of polysulfide are proposed.

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