Engineering der Laccase CueO zur Verbesserung des Elektronentransfers in der Bioelektrokatalyse durch semi-rationales Design

09.03.2020
  Dr. Lingling Zhang Urheberrecht: © BioVI Dr. Lingling Zhang

Lingling Zhang, Haiyang Cui, Gaurao V. Dhoke, Zhi Zou, Daniel F. Sauer, Mehdi D. Davari und Ulrich Schwaneberg, Chem. Eur. J., 2020. DOI: 10.1002/chem.201905598

Die fünfte Kupferbindungsstelle von CueO ist für die Elektronentransferkinetik der bioelektrokatalytischen Sauerstoffreduktion von entscheidender Wichtigkeit.

  Computergestütztes 3D-Modell von CueO, Zoom in koordiniertes Kupferatom Urheberrecht: © Chem. EUR. J. J. Die Struktur von CueO (abgeleitet von PDB 3OD3) mit dem fünften Kupfer, koordiniert durch die Reste M355, D360, D439 und M441.

Im Gegensatz zu anderen Laccasen besitzt CueO eine zusätzliche Kupferbindungsstelle (die fünfte Kupferbindungsstelle). Um die Rolle des fünften Kupfers bei der Bioelektrokatalyse zu verstehen, wurde mit Hilfe von semi-rationalen Design, eine Mutagenesebibliothek (site-saturation) an den vier Koordinationspositionen (M355, D360, D439 und M441) erzeugt. Dank der zuvor etablierten elektrochemischen Durchmusterungs-Plattform ( Angew. Chem. 2019, 131, 4610 ) konnten 11 verbesserte Varianten mit mehr als 2,5-fach verbesserten elektrochemischen Strömen identifiziert werden. Durch Molekulardynamik Simulationen (MD) konnten eine Erhöhung der lokalisierten Strukturstabilität und eine Verringerung des Abstands zwischen dem fünften Kupfer und dem ersten Kupfer als mögliche Gründe indentifiziert werden. Diese Erkentnisse könnten einen neuen Weg ebnen um Laccasen und möglicherweise anderen Oxidoreduktasen für bioelektrokatalytische Anwendungen maßzuschneindern.

Der Simulationsabschnitt wurde von der Abteilung Computational Biology unterstützt. Diese Arbeit wurde von der Alexander von Humboldt-Stiftung finanziert und sofort nach ihrer Veröffentlichung von Nature Reviews Chemistry hervorgehoben.