Crystal Structure of the Sulfane Dehydrogenase SoxCD from Paracoccus pantotrophus

Das Enzym Sulfandehydrogenase SoxCD ist ein wichtiger Bestandteil des Schwefeloxi- dationssystems des fakultativ lithotrophen Bakteriums Paracoccus pantotrophus. SoxCD katalysiert eine Oxidationsreaktion innerhalb des Thiosulfat-Reaktionszyklus, bei der sechs Elektronen übertragen werden. SoxCD ist ein α2β2-Heterotetramer und setzt sich zusammen aus dem molybdänbindenden Protein SoxC und dem hämbindenden Protein SoxD, das aus den beiden cytochromartigen Domänen D1 und D2 besteht. SoxCD1 ist eine enzymatisch voll aktive, verkürzte Version des Wildtyp-Proteins, bei der die D2-Domäne entfernt wurde. Die Kristallstruktur von SoxCD1 wurde mit einer Auflösung von 1.33 Å aufgeklärt. Im Gegensatz zu den bekannten homologen Sulfitoxidasen kann SoxCD kein freies Schwefelsubstrat umsetzen. Das Substrat von SoxCD ist SoxYZ-Cys110-Persulfid, das eine Zwischenstufe des Thiosulfat-Oxidationszyklus darstellt. Das c-terminale „swin- ging arm“-Peptid von SoxY, einem Protomer des Transportproteins SoxYZ, bindet das Substrat während dieses Zyklus. Die Kristallstruktur von SoxCD1 zeigt einen engen Sub- stratbindetrichter, der von der Proteinoberfläche zum Molybdäncofaktor verläuft und von der Aminosäureseitekette Arg98 von SoxD1 abgeschirmt wird. Aufgrund der vorliegenden Daten wird angenommen, dass die Blockierung des Substratbindetrichters von SoxD1- Arg98 durch Wechselwirkung mit dem C-Terminus von SoxY aufgehoben wird. Durch die Aufhebung der Blockierung entsteht eine Wechselwirkung der c-terminalen Sequenz VTIGGCGG von SoxY mit dem Substrattunnel in Richtung des Molybdäncofaktors, so dass das Cys110-Persulfid in optimaler Entfernung zu dem Molybdän platziert wird. Die anschließende Oxidation des Schwefelsubstrates wird durch einen nucleophilen Angriff des Persulfidanions an das Molybdän eingeleitet. Die Distanz zwischen Molybdäncofak- tor und Hämcofaktor erlaubt die Übertragung von Elektronen. Mit der Struktur von SoxCD1 sind alle Proteine des Thiosulfat-Oxidationszyklus strukturell charakterisiert. Aufgrund der Kristallqualität war für die erfolgreiche Phasierung der SoxCD1-Struktur die Verwendung einer hochbrillianten Synchrotron-Strahlenquelle zum Sammeln eines SAD-Datensatzes zwingende Voraussetzung (nach Zander et al., 2011)