@phdthesis{Schwuchow2019,
  author    = {Schwuchow, Viola},
  title     = {Charakterisierung der periplasmatischen Aldehyd-Oxidoreduktase (PaoABC) aus Escherichia coli},
  school      = {Universit{\"a}t Potsdam},
  pages     = {119},
  year      = {2019},
  abstract  = {Im Mittelpunkt dieser Arbeit standen Analysen zur Charakterisierung der periplasmatischen Aldehyd Oxidoreduktase aus E. coli. Kinetische Untersuchungen mit Ferricyanid als Elektronenakzeptor unter anaeroben Bedingungen zeigten f{\"u}r dieses Enzym eine h{\"o}here Aktivit{\"a}t als unter aeroben Bedingungen. Die getroffene Hypothese, dass PaoABC f{\"a}hig ist Elektronen an molekularen Sauerstoff weiter zu geben, konnte best{\"a}tigt werden. F{\"u}r den Umsatz aromatischer Aldehyde mit molekularem Sauerstoff wurde ein Optimum von pH 6,0 ermittelt. Dies steht im Gegensatz zur Reaktion mit Ferricyanid, mit welchem ein pH-Optimum von 4,0 gezeigt wurde. Die Reaktion von PaoABC mit molekularem Sauerstoff generiert zwar Wasserstoffperoxid, die Produktion von Superoxid konnte dagegen nicht beobachtet werden. Dass aerobe Bedingungen einen Einfluss auf das Ausl{\"o}sen der Expression von PaoABC haben, wurde in dieser Arbeit ebenfalls ermittelt. Im Zusammenhang mit der Produktion von ROS durch PaoABC wurde die Funktion eines k{\"u}rzlich in Elektronentransfer-Distanz zum FAD identifizierten [4Fe4S]-Clusters untersucht. Ein Austausch der f{\"u}r die Bindung des Clusters zust{\"a}ndigen Cysteine f{\"u}hrte zur Instabilit{\"a}t der Proteinvarianten, weswegen f{\"u}r diese keine weiteren Untersuchungen erfolgten. Daher wird zumindest ein struktur-stabilisierender Einfluss des [4Fe4S]-Clusters angenommen. Zur weiteren Untersuchung der Funktion dieses Clusters, wurde ein zwischen FAD und [4Fe4S]-Cluster lokalisiertes Arginin gegen ein Alanin ausgetauscht. Diese Proteinvariante zeigte eine reduzierte Geschwindigkeit der Reaktion gegen{\"u}ber dem Wildtyp. Die Bildung von Superoxid konnte auch hier nicht beobachtet werden. Die Vermutung, dass dieser Cluster einen elektronen-sammelnden Mechanismus unterst{\"u}tzt, welcher die Radikalbildung verhindert, kann trotz allem nicht ausgeschlossen werden. Da im Umkreis des Arginins weitere geladene und aromatische Aminos{\"a}uren lokalisiert sind, k{\"o}nnen diese den notwendigen Elektronentransfer {\"u}bernehmen. Neben der Ermittlung eines physiologischen Elektronenakzeptors und dessen Einfluss auf die Expression von PaoABC zeigt diese Arbeit auch, dass die Chaperone PaoD und MocA w{\"a}hrend der Reifung des MCD-Kofaktor eine gemeinsame Bindung an PaoABC realisieren. Es konnte im aktiven Zentrum von PaoABC ein Arginin beschrieben werden, welches auf Grund der engen Nachbarschaft zum MCD-Kofaktor und zum Glutamat (PaoABC-EC692) am Prozess der Substratbindung beteiligt ist. Im Zusammenhang mit dem Austausch dieses Arginins gegen ein Histidin oder ein Lysin wurden die Enzymspezifit{\"a}t und der Einfluss physiologischer Bedingungen, wie pH und Ionenst{\"a}rke, auf die Reaktion des Enzyms untersucht. Gegen{\"u}ber dem Wildtyp zeigten die Varianten mit molekularem Sauerstoff eine geringere Affinit{\"a}t zum Substrat aber auch eine h{\"o}here Geschwindigkeit der Reaktion. Vor allem f{\"u}r die Histidin-Variante konnte im gesamten pH-Bereich ein instabiles Verhalten bestimmt werden. Der Grund daf{\"u}r wurde durch das L{\"o}sen der Struktur der Histidin-Variante beschreiben. Durch den Austausch der Aminos{\"a}uren entf{\"a}llt die stabilisierende Wirkung der delokalisierten Elektronen des Arginins und es kommt zu einer Konformations{\"a}nderung im aktiven Zentrum. Neben der Reaktion von PaoABC mit einer Vielzahl aromatischer Aldehyde konnte auch der Umsatz von Salicylaldehyd zu Salicyls{\"a}ure durch PaoABC in einer Farbreaktion bestimmt werden. Durch Ausschluss von molekularem Sauerstoff als terminaler Elektronenakzeptor, in einer enzym-gekoppelten Reaktion, erfolgte ein Elektronentransport auf Ferrocencarboxyls{\"a}ure. Die Kombination aus beiden Methoden erm{\"o}glichte eine Verwendung von Ferrocen-Derivaten zur Generierung einer enzym-gekoppelten Reaktion mit PaoABC. Die Untersuchungen zu PaoABC zeigen, dass die Vielfalt der durch das Enzym katalysierten Rektionen weitere M{\"o}glichkeiten der enzymatischen Bestimmung biokatalytischer Prozesse bietet.},
  language  = {de}
}