Carboanhydrasen und CO₂-Stoffwechsel

Carboanhydrasen (CAs) sind Metalloenzyme, die die Umwandlung von Kohlendioxid in Hydrogencarbonat und umgekehrt mit hoher Effizienz katalysieren. Diese Reaktion ist grundlegend für biologische Prozesse wie Atmung, pH-Homöostase und CO₂-Transport. Bei Pilzen sind CAs Teil des CO₂-Sensorsystems von Krankheitserregern und an der Regulation der sexuellen Entwicklung beteiligt.
S. macrospora besitzt vier CA-Gene. Drei davon, cas1, cas2 und cas3, codieren Enzyme der β-Klasse; das vierte, cas4, codiert ein Enzym der α-Klasse. Wir konnten zeigen, dass β-CAs eine Rolle bei der Fruchtkörperentwicklung und der Ascosporenkeimung spielen. Überraschenderweise kann S. macrospora auch ohne Carboanhydrasen an normaler Luft überleben.
Um die Funktionsweise dieser Enzyme zu verstehen, haben wir die Kristallstrukturen zweier tetramerer β-CAs von S. macrospora gelöst und die Strukturen pilzlicher CAs verglichen. Gemeinsam mit Kooperationspartnern haben wir die Hemmung von CAS1 und CAS2 durch Sulfonamide sowie von CAS3 durch Sulfonamide und Anionen charakterisiert. Außerdem haben wir die Evolution der CAs bei Pilzen analysiert. In verwandten Arbeiten wurde eine Cyanase untersucht, die durch Arginin transkriptionell reguliert wird und am Abbau von Cyanat beteiligt ist.