Die außergewöhnliche Effizienz von Enzymkatalysatoren mit Reaktionsbeschleunigungen bis zu 10 26 (berechnet als (k cat / K m )/k 2 ) [1] wird in Lehrbüchern [2] normalerweise mit besonderer Spezifität für einen Übergangszustand verknüpft. Vor diesem Hintergrund ist es bemerkenswert, dass Enzyme die effiziente Katalyse ihrer ursprünglichen Reaktion auch auf andere Prozesse, in denen andere Bindungen gebildet und gebrochen werden, ausdehnen können. Dieses Phänomen wird als katalytische Promiskuität bezeichnet [3][4][5][6] und soll eine Rolle in der divergenten Enzymevolution spielen: Die Duplizierung eines Gens führt unverzüglich zu einem selektiven Vorteil, wenn die Genkopie bereits ein Protein exprimiert, das durch seine promiske Aktivität sofort eine neue Funktion einnehmen kann. [6][7][8][9] In den meisten Fällen sind die katalytischen Leistungen (catalytic proficiencies), (k cat /K m )/k 2 , [10] für die promiske Aktivität deutlich geringer als für die ursprüngliche: in keinem Fall mehr als 10 15 und normalerweise weniger als 10 13 . [6,11] Wir beschreiben hier eine promiske katalytische Aktivität der Arylsulfatase aus Pseudomonas aeruginosa (PAS), die einen ungewöhnlich hohen Wert für (k cat /K m )/k 2 von 10 18 aufweist. Eine Reihe von experimentellen Befunden zeigt, dass PAS in vivo eine Rolle als Sulfatase spielt: PAS hydrolysiert mehrere aromatische Sulfoester, [12] die Expression von PAS wird unter Sulfatentzug induziert und in der Gegenwart von anorganischem Phosphat heruntergeregelt. [12,13] Das zu PAS gehörige Gen (atsA) ist Teil eines Genclusters, der auch für ein Sulfattransportsystem kodiert.[13] Eine promiske hydrolytische Aktivität gegen Phosphomonoester ist bereits beschrieben worden, [14] aber diese Reaktion wird sehr viel weniger effizient katalysiert als die Hydrolyse von Sulfoestern. Die hier beschriebene promiske Diesteraseaktivität übersteigt alle bisher bekannten promisken Aktivitäten und ist vergleichbar mit der katalytischen Leistung der nativen Sulfataseaktivität (4 10 18 ), [14] was die Annahme, dass eine effiziente Katalyse eine Spezialisierung bedingt, infrage stellt.PAS wurde in E. coli exprimiert und in drei Schritten gereinigt.[14] Das aufgereinigte Enzym erscheint als einzige Bande in der SDS-PAGE und hydrolysiert den Phosphodiester 1 (Schema 1) unter Freisetzung des gelben Reaktionsproduktes 4-Nitrophenolat, das leicht detektiert werden kann, sodass der Reaktionsverlauf spektrophotometrisch verfolgt werden kann. Die Reaktion des Diesters 1 b folgt einer Sättigungskinetik und wird durch die MichaelisMenten-Parameter k cat (0.55 s À1 ) und K m (2.2 mm) beschrieben, wobei jedes aktive Zentrum mehrfach genutzt wird (Abbildung 1). Die kinetischen Parameter aller PAS-katalysierten Reaktionen sind in Tabelle 1 zusammengefasst.Durch eine Reihe von Experimenten wurde sichergestellt, dass die beobachtete Phosphodiesteraseaktivität nicht von einer Enzymkontamination herrührt, sondern eine tatsächli-che Eigenschaft von PAS ist. Während der Aufreinigung von PAS eluiert die Diesteraseaktiv...