Substratumsetzung und Schutz vor Sauerstoffradikalen in <em>Methanosarcina mazei</em>

Abstract

Methanosarcina (Ms.) mazei ist ein methanogenes Archaeon, das methylierte C1-Verbindungen als Substrate verwenden kann. Bei Wachstum von Ms. mazei auf Trimethylamin (TMA) stehen dem Organismus drei Methylgruppen zur Verfügung, die von einem Methyltransferase-System in den zentralen Stoffwechel übertragen werden. Im Genom von Ms. mazei sind verschiedene Isoenzyme der Methyltransferasen kodiert. Die Art und Weise, wie deren Gene reguliert werden, ist nicht bekannt. Eine Transkriptionsanalyse konnte zeigen, dass einige Gene in Abhängigkeit von der Wachstumsphase exprimiert werden. Außerdem wurde nachgewiesen, dass Ms. mazei TMA stufenweise demethyliert und die Zwischenprodukte zum Teil aus der Zelle transportiert. Über Proteine, die in methanogenen Archaea reaktive Sauerstoffverbindungen eliminieren, ist nur wenig bekannt. Die Proteine MMDx – MM0636 von Ms. mazei haben Ähnlichkeiten zu Enzymen, die in der Antwort der Zelle auf Sauerstoffstress beteiligt sind. Die Proteine wurden heterolog in E. coli produziert. Das Protein MM0632 wurde als Superoxid-Reduktase charakterisiert. Zudem wurde durch biochemische und biophysikalische Analysen der Nachweis erbracht, dass das Protein neben dem [Fe(NHis)4(SCys)]-Zentrum ein [4Fe-4S]-Cluster bindet. MM0632 gehört somit einer neuen Klasse von Superoxid-Reduktasen mit einem Eisen-Schwefel-Cluster an, die in dieser Arbeit als Methanoferrodoxin bezeichnet wurde. Das Desulforedoxin, MMDx, bindet ein [Fe(SCys)4]-Zentrum und wurde als nativer Elektronendonor für Methanoferrodoxin charakterisiert. Die Proteine MM0634 und MM0635 besitzen FMN als prosthetische Gruppe. MM0634 koordiniert zusätzlich ein Eisen-Schwefel-Cluster. Für beide Proteine wurde Ferredoxin als nativer Elektronendonor bestimmt.