Die Linalool-Dehydratase-Isomerase aus dem nitratreduzierenden Betaproteobakterium Castellaniella defragrans 65Phen

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Monoterpene finden in der Volksmedizin seit langem Anwendung. Beispielsweise enthal-ten Hustenbonbons oft Menthol oder Eukalyptol. Die heilende Wirkung dieser Monoterpenoide, oft im Gemisch mit anderen Monoterpenen (ätherischen Ölen), wird den antibiotischen Eigenschaften dieser Naturstoffe zugeschrieben. Pflanzen synthetisieren Monoterpene in großer Menge: als Fraßschutz, als Botenstoff zwischen Pflanzen und als Verdunstungsschutz. Allein 127 Millionen Tonnen werden jährlich in die Atmosphäre ab-gegeben. Von dem Metabolismus der Monoterpene im Boden ist bislang nur wenig be-kannt: So tragen Monoterpene im Nadelstreu zur schnellen Ausbreitung von Waldbränden bei (dort befinden sich mehr als ein Liter Monoterpene pro Quadratmeter). Seit einigen Jahren wird der Abbau von Monoterpenen durch anaerobe, Nitrat-atmende Bakterien und methanogene Anreicherungskulturen erforscht. Eines der denitrifizierenden Bakterien stellt Castellaniella (ex Alcaligenes) defragrans 65Phen dar. Dieser Organismus minerali-siert Monoterpene in der Abwesenheit von molekularem Sauerstoff. Unter Nitrat-reduzierenden Bedingungen werden diese Kohlenwasserstoffe komplett zu Kohlenstoffdioxid oxidiert. In dieser Arbeit wurden die Enzymaktivitäten der Geraniol-Isomerase und der Linalool-Dehydratase gereinigt und enzymatisch charakterisiert. In einem fünfstufigen Reinigungsprotokoll wurde die Linalool-Dehydratase zur Homogenität gereinigt. Das Protein katalysierte darüber hinaus die Isomerisierung von Geraniol zu Linalool. Auch die thermodynamisch nicht begünstigten Rückreaktionen von Myrcen zu Linalool und von Linalool zu Geraniol waren messbar. Als Name für das neue Enzym wird daher Linalool-Dehydratase-Isomerase vorgeschlagen. Es verfügt über ein natives Mole-kulargewicht von 160 kDa und ist ein Tetramer aus einem 40 kDa-Protein. Chirale Gaschromatographie-Analysen zeigten die enantiomerselektive Isomerisierung von Gera-niol über (S)-(+)-Linalool zu Myrcen, mit einem Enantiomerüberschuss von ≥99%. Thauera linaloolentis 47Lol hatte eine Geraniol-Isomerase-Aktivität zu (R,S)-Linalool, Thauera terpenica 58Eu eine Geraniol-Dehydratase-Aktivität zu Myrcen. Das Gen der Linalool-Dehydratase-Isomerase wurde mittels N-terminaler Proteinsequenzierung in einer vorhandenen Fosmidsequenz von C. defragrans identifiziert. Die Gensequenz kodiert für ein Präprotein mit 397 Aminosäuren inklusive einem N-terminalen Signalpeptid für eine Sec-abhängige Translokation ins Periplasma. Die Linalool-Dehydratase-Isomerase ist das erste Protein einer neuen Proteinfamilie.