Pyrroloquinoline Quinone (PQQ) Biosynthese

Ziel dieses Projektes ist die Aufklärung des PQQ Biosyntheseweges und der darin vorkommenden Enzymreaktionen. PQQ ist ein essentieller Redoxkofaktor, der von einer Reihe von Dehydrogenasen genutzt wird. Überdies ist PQQ ein wichtiges Antioxidans, kommt in vielen Lebensmitteln vor und wird von jüngsten Studien in die Gruppe der B Vitamine gereiht. Die Fülle von Informationen über die physiologische Relevanz von PQQ steht im Gegensatz zu unserem spärlichen Wissen über seine natürliche Synthese. Für die Synthese von PQQ sind sechs Gene (pqqA-F) notwendig. PQQ wird dabei aus einem Glutamat und einem Thyrosin in PqqA gebildet. In vorhergehenden Arbeiten konnten wir den letzten Biosyntheseschritt zusammen mit der Struktur und Funktion von PqqC (EC 1.3.3.11) aufklären (PNAS 2004; Biochemistry 2007, BMC-Biochemistry 2008, Proteins 2010 in press). Und zwar entdeckten wir dabei eine völlig neuartige, zweistufige, enzymatische Zyklisierungs- und Oxidations- reaktion, die ohne einen Redoxkofaktor auskommt. In dieser Arbeit wollen wir nun eine detaillierte Schritt für Schritt Studie dieser neuen Reaktion durchführen und die Funktion einzelner katalytischer Reste mithilfe der Neutronen-Kristallographie und NMR-Spektroskopie an PqqC Mutanten aufklären. Dabei können wir auf Kristalle von Rektions-intermediaten zurückgreifen die wir mithilfe der Röntgen-Kristallographie charakterisiert haben. Darüber hinaus wollen wir unsere Untersuchungen der vier weiteren PQQ-Biosyntheseenzyme Pqq-B, -D, -E und - F intensivieren. Mit einer Reihe von Vorarbeiten, die die strukturelle Charakterisierung von PqqB und die Expression und Aufreinigung von aktivem PqqE und PqqF umfassen, haben wir bereits einen wichtigen Grundstein gelegt.