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Titelaufnahme

Titel
Functional and mechanistic studies on catalase-peroxidase / Jutta Vlasits
VerfasserVlasits, Jutta
Begutachter / BegutachterinObinger, Christian ; Haltrich, Dietmar
GutachterObinger, Christian
Erschienen2009
Umfang150 Bl. : Ill., graph. Darst.
HochschulschriftWien, Univ. für Bodenkultur, Diss., 2009
Anmerkung
Zsfassung in dt. Sprache
SpracheEnglisch
Bibl. ReferenzOeBB
DokumenttypDissertation
Schlagwörter (DE)Katalase-Peroxidase / Katalaseaktivität / Peroxidaseaktivität / Wasserstoffperoxid Oxidation / Freisetzung von molekularem Sauerstoff / Spektroelektrochemie / Redox Thermodynamik / Cyanidkomplex / Substratkanal / Wasserstoffbrückennetz
Schlagwörter (EN)catalase-peroxidase / catalase activity / peroxidase activity / hydrogen peroxide oxidation / dioxygen release / spectroelectrochemistry / redox thermodynamics / stopped-flow spectroscopy / cyanide complex / substrate channel / H-bonding network
Schlagwörter (GND)Peroxidase / Katalase / Reaktionskinetik
URNurn:nbn:at:at-ubbw:1-19197 Persistent Identifier (URN)
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Functional and mechanistic studies on catalase-peroxidase [5.88 mb]
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Klassifikation
Zusammenfassung (Deutsch)

Katalase-Peroxidasen (KatGs) sind bifunktionale Oxidoreduktasen (EC 1.11.1.7) mit vorwiegend katalatischer, aber auch beachtlicher Peroxidaseaktivität. Aufgrund der Tatsache, dass sie als einzige Peroxidasen Wasserstoffperoxid effizient dismutieren können (2 H2O2 --> 2 O2 + 2 H2O) sind sie ideale Modellsystem für das Studium dieser Reaktion. In dieser Arbeit wurde der Reaktionsmechanismus weitgehend aufgeklärt und ein klarer Zusammenhang mit den strukturellen Besonderheiten dieser Peroxidasen hergestellt. Das KatG spezifische und für die Katalaseaktivität essentielle Addukt Trp122-Tyr249-Met275 spielt dabei die zentrale Rolle. In Gegenwart millimolarer Konzentrationen von Wasserstoffperoxid durchläuft KatG die Redoxintermediate Compound I und Compound III und bildet innerhalb eines Zyklus rasch ein Oxidationsäquivalent am Häm-nahen Addukt. Letzteres garantiert eine rasche Freisetzung von ausschließlich molekularen Sauerstoff, dessen Atome zur Gänze aus dem zweiten Peroxidmolekül stammen. Eine weitere Voraussetzung für eine hohe Katalaseaktivität ist die Architektur des Substratkanals. Erst ein langer, schmaler und von einem ausgedehnten und rigiden Wasserstoffbrückennetz durchzogener Kanal garantiert den Ausschluß von Peroxidasesubstraten und die rasche und effiziente Anlieferung von ausschließlich Wasserstoffperoxid. Manipulation an essentiellen Aminosäuren (His123, Arg119, Asp152 und Glu253) und teilweise Zerstörung der geordneten Wassermatrix führten immer zu einer Erniedrigung der Wasserstoffperoxid Oxidations-, aber nicht der Reduktionsreaktion. Die in dieser Arbeit verwendeten Methoden umfassten Gaschromatographie und Massenspektrometrie, Klonierung und Expression von KatG Varianten, sowie spektrale und kinetische (steady-state und pre-steady-state), als auch spektroelektrochemische Untersuchungen der rekombinanten Metalloproteine.

Zusammenfassung (Englisch)

Catalase-peroxidases (KatGs) are unique bifunctional oxidoreductases (EC 1.11.17) with predominant catalatic and substantial peroxidatic activity. They are unique heme peroxidases capable of efficient hydrogen peroxide dismutation (2 H2O2 --> 2 O2 + 2 H2O) similar to classical catalases. Hydrogen peroxide oxidation to dioxygen follows a non-scrambling mechanism with the two oxygen atoms in the evolving molecular oxygen coming from the same molecule of peroxide. A reaction mechanism was proposed. In the catalase cycle KatG follows the redox intermediates compound I and compound III and rapidly forms a radical site at the KatG-specific distal covalent adduct Trp122-Tyr249-Met275. The latter guarantees rapid release of molecular oxygen. The spectral features of the redox intermediates could be elucidated and a newly developed method allowed for the first time the calculation of the apparent bimolecular rate constants of hydrogen peroxide oxidation. Cycling of KatG was inhibited by trapping the enzyme in a stable low-spin complex of the ferric form. Additionally, the present work highlights the importance of the substrate channel architecture for oxidation but not for reduction of hydrogen peroxide. It is clearly demonstrated that efficient peroxide delivery needs an ordered matrix of water molecules guaranteed by an extended and rigid H-bonding network found in the long and restricted main channel of KatG. Important residues for its maintenance were shown to be His123, Arg119, Asp152 and Glu253. Methods used in this thesis included gas chromatography and mass spectrometry, cloning and expression of KatG variants, spectroscopic, kinetic (steady-state and pre-steady-state) and spectroelectrochemical investigations of the recombinant metalloproteins.