Die Cholesterol Oxidase ist ein Flavoprotein, das beim Steroidmetabolismus eine zentrale Rolle spielt und molekularen Sauerstoff als Elektronenakzeptor verwendet. Das Enzym wird bei der klinischen Diagnostik eingesetzt (Bestimmung von Cholesterin im Serum) und hat Potential für Anwendungen bei der Schädlings-bekämpfung. Aus der von uns kürzlich ermittelten dreidimensionalen Struktur ist ein schmaler, hydrophober Kanal erkennbar, der das Aktivzentrum mit dem Lösungsmittel verbindet. Im Kanal ist ein Glu-Arg Aminosäurepaar positioniert, das in Abhängigkeit von der Anwesenheit von Liganden und vom Redoxzustand des Kofaktors eine "offene" oder eine "geschlossene" Konformation einnehmen kann. Daraus wurde die Hypothese abgeleitet, dass der Kanal der Diffusion von molekularem Sauerstoff dient. Hierbei würde das Aminosäurepaar im Sinne eines Tors Bestandteil eines Mechanismus sein, der die Reaktivität des Enzyms mit Sauerstoff moduliert. Kanäle und Domänen mit ähnlicher, postulierten Funktion sind kürzlich bei Hämproteinen identifiziert worden. Es ist somit denkbar, dass diese Art der Regulation des Sauerstoffzugangs einen elementaren Mechanismus widerspiegelt dem allgemeine Bedeutung zukommt. Beim vorliegenden Projekt soll die Cholesterol Oxidase als Modellsystem für die Verifizierung des genannten Postulats eingesetzt werden. Hierbei soll eine Kombination von molekularbiologischen (Mutagenese), und biochemischen Methoden mit der Röntgenstrukturaufklärung von Proteinen zur Anwendung kommen.Cholesterol oxidase is a flavoprotein involved in steroid metabolism that uses oxygen as electron acceptor. It has widespread use in clinical diagnosis (determination of serum cholesterol) and has a potential as a larvicide and pest control agent. Its recently solved 3D-structure at high resolution has revealed the presence of a hydrophobic channel that connects the active center with solvent, and has properties suitable for the permeation of molecular oxygen. At the connection of this channel to the active site there is a pair Glu-Arg positioned such as to control access through the channel. The pair can assume on "open" or a "closed" conformation depending on the presence of ligands at the active center and the redox state of the cofactor. It is postulated that this set-up is part of a mechanism for the control of oxygen reactivity. Similar channels, postulated to have analogous function, have been detected most recently also in heme proteins. Protein mediated recognition of oxygen and control of access to specific centers might thus be a general principle that is only beginning to emerge. We propose to use the enzyme cholesterol oxidase as a model to verify this basic principle and whether is has general validity. A combination of directed mutagenesis, biochemical techniques, and X-ray crystallography shall be used for the project.
