Die Reifungsproteasen der Hydrogenasen

[NiFe]-Hydrogenasen sind weitverbreitete Enzyme, deren große
Untereinheiten ein Metallzentrum enthalten, welches aus einem
Nickel- und einem mit drei niedermolekularen Liganden, einem CO und
zwei CN, koordinierten Eisenatom besteht. Nach Expression der sie
kodierenden Gene durchlaufen die großen Untereinheiten einen
komplexen posttranslationalen Reifungsprozess, in dessen Verlauf
das [NiFe]-Zentrum schließlich assembliert wird. Der letzte Schritt
der Reifungskaskade besteht in der proteolytischen Entfernung eines
C-terminalen Peptids durch eine spezifische Reifungsprotease, was
das Metallzentrum ins Innere des Proteins bringt. Diese besitzt
eine Metallbindestelle, die von drei konservierten Resten
ausgebildet wird. Ziel dieser Arbeit war es den Katalysemechanismus
dieser Proteasen aufzuklären und Reste bzw. Motive oder Bereiche im
Substratprotein und in der Protease ausfindig zu machen, die an der
Substratbindung beteiligt sind. Im Rahmen dieses Unterfangens
konnten folgende Ergebnisse erzielt werden: 1. Die
Metallbindestelle der spezifischen Reifungsprotease dient zur
Erkennung des Nickels im Vorläuferprotein der großen Untereinheit
und stellt gleichzeitig auch das aktive Zentrum des Enzyms dar. 2.
Der N-terminale Rest der Schnittstellenregion spielt keine Rolle
für die Prozessierung durch die Protease; seine Funktion liegt im
Protonentransfer von und zum aktiven Zentrum. 3. Der C-terminale
Schnittstellenrest wirkt als „Hebel“, der den C-Terminus in der
richtigen Position hält und damit die korrekte Faltung des Proteins
sicherstellt. Diese ist Voraussetzung für die Substraterkennung
durch die Protease, die damit konformationsabhängig ist. 4. Die
Deletion der letzten 26 Aminosäuren des C-Terminus von HycE
resultiert in einer unlöslichen Varianten, die nur noch in der
Membranfraktion zu finden ist. Dabei unterliegt diese Variante
ebenfalls einem raschen Abbau, der auf eine Konformationsänderung
hindeutet. 5. HycH scheint die vorzeitige Bindung von HycG, der
kleinen Untereinheit der Hydrogenase 3, an HycE, der großen
Untereinheit der Hydrogenase 3, zu verhindern. Mit Hilfe der
erhaltenen Ergebnisse konnten zwei mögliche Katalysemechanismen für
die Reifungsproteasen postuliert werden. Desweiteren konnte eine
potentielle Rolle des C-Terminus in der Substraterkennung durch die
Protease dargestellt werden und schließlich auf eine mögliche
Funktion des HycH-Proteins hingewiesen werden.