Nickel-Superoxiddismutasen von schwermetallresistenten Streptomyceten

Schmidt,Astrid GND

Nickel ist einerseits lebenswichtig als Cofaktor in bakteriellen Enzymen eingebunden. Andererseits wirkt Nickel zum Teil schon in geringen Konzentrationen toxisch auf Zellen. Eine fein abgestimmte Regulierung der Aufnahme bzw. der Speicherung dieses Metalls ist deshalb notwendig. Es sind mehrere Enzyme bekannt, die Nickel enthalten, darunter die zuerst bei Streptomyceten nachgewiesene Nickel-Superoxiddismutase. Nickel dient zur Regulation der Expression dieser Proteine oft als Co-Regulator. Unter anderem induziert Nickel die Synthese der nickelhaltigen Urease, FeNi-Hydrogenase und NiSOD, während es die Eisenaufnahme und die FeSOD hemmt. Um Nickel verwenden zu können, müssen Zellen sensible Mechanismen entwickeln, die das Schwermetall binden, transportieren und an Zielproteine abgeben. Neben der Aufklärung der Regulation und Homöostase stellt sich aufgrund der enzymatischen Funktion auch die Frage nach der Rolle der NiSOD in der Resistenzvermittltung gegenüber Schwermetallen. Schwermetalle verursachen einerseits die Bildung zellschädigender reaktiver Sauerstoffspezies, die durch Superoxiddismutasen eliminiert werden können. Andererseits wird die NiSOD-Synthese nicht nur durch Nickel, sondern teilweise auch durch Schwermetalle induziert. Neben anderen untersuchten Resistenzfaktoren, die für die zum Teil hohe Resistenz gegenüber Schwermetallen bei aus anthropogen kontaminierten Böden isolierten Streptomyces-Stämmen verantwortlich sind, werden Superoxiddismutasen und besonders die NiSOD als resistenzvermittelnde Faktoren diskutiert. Die NiSOD hat sich mit anderen bekannten SOD-Isoformen funktionell konvergent entwickelt, abgesehen von der einzigartigen Nickel-Koordination stellt die Ligandenumgebung wie auch in anderen SOD-Formen das Redoxpotential für die gleichartige Disproportionierung mit jeweils verschiedenen Cofaktoren bereit. Der Nickel koordinierende N-terminale Haken bildet jeweils eines der aktiven Zentren des Hexamers. Da dem Nickelhaken ähnelnde Ni-Komplexe bzw. Modelle bereits allein die Disproportionierung ausführen können, kann diese hochkonservierte Domäne als eine an ein Protein gebundene funktionelle Einheit betrachtet werden. Die Besonderheit des Cofaktors und dessen Einbindung in eine SOD, stellte die Frage nach der Evolution und Verbreitung im Organismenreich. Die vergleichende Analyse potentieller NiSOD-Gene verschiedener prokaryotischer Gruppen sowie eukaryotischer Algen zeigt evolutionäre Trends und trägt gleichzeitig zur Strukturaufklärung dieses einzigartigen Enzyms bei.

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Schmidt, Astrid: Nickel-Superoxiddismutasen von schwermetallresistenten Streptomyceten. 2011.

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