B.Sc./M.Sc. | University of Cambridge, UK (2008) | |
Ph.D. | University of Cambridge, UK (2012) | |
Postdoc | MPI CEC (2013 - 2017) | |
Gruppenleiter | MPI CEC (seit 2018) | |
Full publications list | ORCID
Metalloenzyme wie Hydrogenasen, Nitrogenasen, CO-Dehydrogenasen und Methanmonooxygenasen führen einige der grundlegendsten Energiekonversionsreaktionen in der Natur mit sehr hohen Geschwindigkeiten und sehr hoher Effizienz durch, indem sie auf der Erde häufig vorkommende Metalle in ihren aktiven Zentren verwenden. Trotz der Wichtigkeit dieser Reaktionen für die Energieumwandlung sind die Mechanismen, mit denen diese Enzyme ihre Reaktionen ausführen, kaum bekannt. Mit Hilfe einer Kombination biochemischer, elektrochemischer und spektroskopischer Techniken versucht unsere Gruppe zu verstehen, wie die Struktur des aktiven Zentrums und der umgebenden Bereiche den Mechanismus der niedermolekularen Transformationen in diesen Enzymen steuert. Wir kombinieren hierbei mehrere spektroskopische Techniken (UV-Vis, IR, Raman, EPR, MCD, Mößbauer und Röntgenabsorptionsspektroskopie), um ein vollständiges Bild des aktiven Zentrums und der Wechselwirkungen mit den umgebenden Liganden zu erhalten.
Rechts: Metallokofaktoren in Proteinen (Hintergrundbild) können mit verschiedenen Techniken untersucht werden, darunter Elektrochemie (oben), Mößbauer-Spektroskopie (links), Infrarot- (IR) Spektroskopie (unten) und Elektronen-Paramagnetische Resonanz (EPR) Spektroskopie (rechts).
Ein großes Problem bei der Untersuchung vieler Metalloproteine ist oft die geringe Ausbeute und die langwierige Prozedur, die mit der Reinigung von nativen Wirtsorganismen verbunden ist. Die gesteigerten Ausbeuten, gepaart mit der Einfachheit der Genmanipulation, machen die Überexpression in rekombinanten Wirten wie E. coli zu einer attraktiven Alternative. Viele Metalloproteine lassen sich jedoch nicht ohne weiteres in herkömmlichen E. coli-Systemen herstellen, so dass die Expressionsmethoden oder die verwendeten Wirte weiterentwickelt werden müssen. Unsere Gruppe entwickelt stabile rekombinante Expressionssysteme für die Produktion von Metalloproteinen, insbesondere sMMO, um probenintensive spektroskopische Untersuchungen wie die Röntgenabsorptionsspektroskopie zu ermöglichen.
Ein wichtiger Parameter für Metalloproteine, die Redoxreaktionen durchführen, sind die Redoxpotentiale der Kofaktoren in ihren aktiven Zentren und der Komponenten ihrer Elektronentransferketten. Wie genau die Proteinumgebung das Redoxpotential der Kofaktoren, einschließlich der Auswirkungen direkter Metall-Liganden sowie indirekter Einflüsse wie Wasserstoffbrückenbindung, beeinflusst, ist Gegenstand intensiver Forschung. Unsere Gruppe versucht diese direkten und indirekten Effekte anhand einfacher Eisen-Schwefel-Proteine (Ferredoxine) als Modellsysteme zu verstehen. Diese Proteine lassen sich leicht rekombinant in hohen Ausbeuten herstellen und sind einfach zu kristallisieren, um ihre Strukturen zu studieren. Darüber hinaus lassen sich ihre Redoxpotentiale mit Hilfe der Proteinfilmelektrochemie leicht messen und ihre elektronischen Struktur können mit verschiedenen spektroskopischen Methoden untersucht werden.
Rechts: Elektrochemisch gemessene Redoxpotentiale auf Proteinfilmen des Wildtyps (WT) TmHydC und zwei Single Point Mutationsvarianten (A85P und V131N). A85P (rote Kurve) hat ein negativeres Redoxpotential als der Wildtyp (schwarze Kurve) aufgrund der Entfernung einer Rückgrat-Amid-Wasserstoffbindung und V131N (blaue Kurve) ein positiveres Redoxpotential aufgrund der Bildung einer neuen Wasserstoffbindung aus der Seitenketten-Amidgruppe von Asparagin (N).