Die Eisen-Schwefel-Cluster in Escherichia coli Succinat-Dehydrogenase leiten den Elektronenfluss

Succinat-Dehydrogenase ist ein unverzichtbares Enzym, das am Krebszyklus sowie am Energiestoffwechsel in den Mitochondrien und bestimmten Prokaryoten beteiligt ist. Während der Katalyse wird die Oxidation von Succinat an die Reduktion von Ubiquinon gekoppelt durch eine Elektronentransferverbindung, die einen Flavin-Adenin-Dinukleotid-Kofaktor, drei Eisen-Schwefel-Cluster und möglicherweise ein Häm b556 umfasst. Im Zentrum der Elektronentransportkette befindet sich ein 4Fe-4S-Cluster mit einem niedrigen Mittelwertpotential, das als Energiebarrie gegen den Elektronentransfer wirkt. Hydrophobe Rückstände rund um den 4Fe-4S-Cluster wurden mutiert, um ihre Auswirkungen auf das Mittelwertpotential des Clusters sowie auf die Elektronentransferraten zu bestimmen. Die Mutanten SdhB-I150E und SdhB-I150H senkten das Mittelwertpotential dieses Clusters; überraschenderweise hatte die His-Variante ein niedrigeres Mittelwertpotential als die Glu-Mutante. Die Mutation von SdhB-Leu-220 zu Ser veränderte das Redoxverhalten des Clusters nicht, senkte jedoch das Mittelwertpotential des 3Fe-4S-Clusters. Um die Änderungen des Mittelwertpotentials in diesen Mutanten mit der Enzymfunktion zu korrelieren, überwachten wir das aerobe Wachstum in minimalem Succinatmedium, das anaerobe Wachstum in minimalem Glycerol-Fumaratmedium, die nicht-physiologischen und physiologischen Enzymaktivitäten sowie die Hämreduktion. Es wurde festgestellt, dass eine Abnahme des Mittelwertpotentials entweder des 4Fe-4S-Clusters oder des 3Fe-4S-Clusters mit einer Abnahme der Enzymumsatzrate einhergeht. Wir hypothesieren, dass dies geschieht, weil die Mittelwertpotenziale der Fe-S-Cluster im nativen Enzym so ausgewogen sind, dass die Richtung des Elektronentransfers von Succinat zu Ubiquinon begünstigt wird.