Überraschende Dualität: Neue Erkenntnisse zu Eisen-Schwefel-Clustern
- Neues aus der Fakultät 2025
Eine Forschungsgruppe der TU Dortmund unter der Leitung von Prof. Kasanmascheff hat gemeinsam mit Kooperationspartnern der Ruhr-Universität Bochum und des Max-Planck-Instituts für Kohlenforschung neue Erkenntnisse über die Eigenschaften eines Eisen-Schwefel-Clusters innerhalb des wasserstofferzeugenden Enzyms CrHydA1 aus der Grünalge Chlamydomonas reinhardtii gewonnen. Die Ergebnisse, die kürzlich in der renommierten Fachzeitschrift Angewandte Chemie, einem der weltweit führenden Journale der Chemie, veröffentlicht wurden, wurden sogar als ‚Hot Paper‘ ausgezeichnet. Sie liefern überraschende Einblicke in die Funktionsweise dieser biologischen Metallcluster.

Im Fokus steht ein spezieller [4Fe4S]-Cluster, der als Teil dieser Hydrogenase an der Wasserstoffproduktion beteiligt ist. Mithilfe modernster Elektronenresonanzspektroskopie (EPR) konnte das Team zeigen, dass dieser Cluster zwischen zwei unterschiedlichen elektronischen Zuständen wechseln kann. Das Gleichgewicht zwischen diesen Zuständen wird durch Änderungen im chemischen Umfeld beeinflusst – eine Eigenschaft, die bei verwandten Hydrogenasen bislang nicht beobachtet wurde.
Dr. Melanie Heghmanns, Sergius Boschmann und Viktor Selve aus der Gruppe von Prof. Kasanmascheff führten detaillierte Untersuchungen durch, um diese duale Natur zu charakterisieren. Unterstützt durch gezielte Mutagenese sowie computergestützte Simulationen des Teams um Dr. Pantazis vom Max-Planck-Institut konnte gezeigt werden, dass strukturelle Anpassungen in der Umgebung des Clusters – insbesondere innerhalb der sekundären Koordinationssphäre – eine zentrale Rolle spielen. Diese Dynamik könnte erklären, wie minimalistische Hydrogenasen wie CrHydA1 trotz ihrer einfachen Struktur hochfunktional bleiben.
Diese Entdeckung liefert neue Einblicke in die vielseitige Funktion und Dynamik von Eisen-Schwefel-Clustern in biologischen Systemen. Weiterhin schaffen sie eine solide Grundlage für weitere Forschungen – sowohl zum grundlegenden Verständnis dieser Metallcluster als auch zu ihrem möglichen Einsatz in biotechnologischen Anwendungen.
Arbeitskreis Prof. Kasanmascheff