Structural characterisation of nitrogen fixation by the enzyme nitrogenase of Azotobacter vinelandii

Hochschulschrift

Zusammenfassung: Nitrogenase ist das einzig bekannte Enzymsystem, das in der Lage ist, elementaren Stickstoff in bioverfügbares Ammonium umzuwandeln. Das am besten untersuchte System ist die Mo-abhängige Nitrogenase aus Azotobacter vinelandii. Während der ATP-abhängigen Reaktion wird ein Komplex aus zwei Metalloproteinen, MoFe- und Fe-Protein, gebildet. Der Mechanismus der Fixierung ist nicht im Detail bekannt, da beispielsweise die Koordinationsstelle des Stickstoffs nicht klar ist. Die Strukturen der beiden beteiligten Proteine wurden mittels Röntgendiffraktometrie gelöst. Auch der Komplex aus beiden Proteinen wurde mit Hilfe von nicht hydrolysierbaren ATP-Analogen kristallisiert. Bei all diesen Versuchen wurden die beteiligten Proteine erst während der Kristallisation gemischt. Obwohl die Proteinstrukturen verfügbar sind, wurde bisher weder Substrat noch Inhibitor in den Strukturen gefunden.Ziel dieser Arbeit war die Kristallisation des MoFe-Proteins aus einem non-resting state heraus, um Substrate in der Struktur nachweisen zu können. Dafür wurde der etablierte Aktivitätsnachweis für Nitrogenase als Grundlage verwendet. Der Nachweis basiert auf der Reduktion von Acetylen zu Ethylen durch MoFe-Protein in Gegenwart von Fe-Protein und ATP. Der Ansatz wurde den Kristallisationsbedingungen angepasst und mit CO als Inhibitor und Acetylen als Substrat durchgeführt. Zusätzlich wurde der Komplex aus MoFe- und Fe-Protein aus der Reaktion heraus kristallisiert. Dafür wurde das ATP-Analoge AMPPCP verwendet. Dieser Versuch wurde auch in Gegenwart von Acetylen durchgeführt.Alle erhaltenen Strukturen wurden mit publizierten Strukturen verglichen, wobei der Fokus auf dem aktiven Zentrum, dem FeMoco, lag. Für eine besseres Verständnis der elektronischen Situation am FeMoco, wurden sog. slice maps mit dem Programm PyMOL erzeugt. Es konnte gezeigt werden, dass CO die Bindesituation im Cluster verändert und ein überbrückendes Schwefelatom ersetzt. Im Fall von Acetylen als Substrat kommt es wohl ebenfalls zu einer Veränderung in der elektronischen Situation am FeMoco

Object Details

• Location: Deutsche Nationalbibliothek Frankfurt am Main
• Extent: Online-Ressource
• Language: Englisch
• Notes: Albert-Ludwigs-Universität Freiburg, Dissertation, 2015

Classification and Topics

• Classification: Biowissenschaften, Biologie

Contributors, Places and Time

• Event: Veröffentlichung
• (where): Freiburg
• (who): Universität
• (when): 2015
• Creator: Burger, Eva-Maria Michaela
• Contributor: Einsle, Oliver

Further information

• DOI: 10.6094/UNIFR/10353
• URN: urn:nbn:de:bsz:25-freidok-103535
• Rights: Der Zugriff auf das Objekt ist unbeschränkt möglich.
• Last update: 25.03.2025, 1:43 PM CET