Biochemie und analytische Biochemie

Abstrakt

Stabilität halophiler Proteine ​​in hypersaliner Salzlauge: [2Fe-2S]-Ferredoxin als Paradigma

Amal K Bandyopadhyay

Außer in normalen oder mesophilen Umgebungen kommen Organismen auch in extrem salzhaltigen und anderen feindlichen Umgebungen auf der Erde vor. Extreme Halophile gedeihen als Reinkulturen in ihrer natürlichen Umgebung mit gesättigtem Salz, da andere Mikroben dort nicht wachsen können. Im Laufe der Evolution entwickelten diese Mikroorganismen spezielle Transportvorrichtungen, um das Problem der Osmoregulation zu lösen. Infolgedessen begann ihr gesamter biochemischer Apparat in dieser stark salzhaltigen Salzlauge zu funktionieren, der Mesophile nicht standhalten können. In den letzten 50 Jahren wurde daher intensiv geforscht, um die salzabhängigen Eigenschaften dieser Proteine ​​und Enzyme zu verstehen. Ferredoxin ist ein kleines lösliches Protein, das zusammen mit einer Oxidoreduktase als Elektronenträger bei Decarboxylierungsreaktionen im Zytoplasma fungiert . Zwei seiner Vertreter, Halobacterium marismortui (HmFd) und Halobacterium salinarum (HsFd), wurden ausführlich untersucht. Atomstrukturen von HmFd und HsFd zeigen, dass die Halo-Adaption größtenteils durch eine hypersaure eingefügte Domäne von etwa 24 Resten Länge im N-Terminus-Bereich vermittelt wird. Durch geplante kinetische und thermodynamische Experimente wurde gezeigt, dass sich HsFd tatsächlich an hohe Salzkonzentrationen anpasst und ≥1,5 M Salz benötigt, um seine allgemeine strukturelle Integrität beizubehalten. Während ein nichtspezifischer elektrostatischer Effekt bei ≤0,25 M Salz wirksam ist, fördert ein höherer Salzgehalt die Salzbrücken- und hydrophobe Stabilität. Bei mittlerer Salzkonzentration, bei der Hofmeister-Effekte spezifischer Ionenwechselwirkungen wirksam sind, bildet HsFd ein hydrophobes kollabiertes Zwischenprodukt, dessen strukturelle Eigenschaften sich von seinem nativen Zustand in gesättigten Salzen unterscheiden. Intuitiv scheint HsFd in seinem nativen Zustand also einen Post-Hofmeister-ähnlichen Effekt zu haben, da eine breite Modulation tertiärer Wechselwirkungen auftreten könnte.