Die mikrobielle Oxidation von reduzierten anorganischen Schwefelverbindungen und elementarem Schwefel zu Sulfat ist eine der wichtigsten Reaktionen im globalen Schwefelzyklus. Allerdings sind nur wenige detaillierte Informationen über die daran beteiligten Enzyme vorhanden. Diese Arbeit sollte zum Verständnis der zugrundeliegenden molekularen Mechanismen der Oxidation von anorganischen Schwefelverbindungen beitragen. Hierzu wurden die Funktion und Struktur der Schwefel-Oxygenase/-Reduktase (SOR) aus dem thermophilen und acidophilen Crenarchaeon Acidianus ambivalens näher untersucht. Die Expression des sor Gens in Escherichia coli resultierte in aktiver, löslicher SOR und in Einschlusskörperchen, aus welchen aktive SOR rückgefaltet werden konnte, solange FeII im Rückfaltungspuffer vorhanden waren. Wildtyp und rekombinante SOR Präparationen wurden mit Gelfiltrationschromatographie, CD Spektroskopie und Elektronenmikroskopie untersucht und besassen vergleichbare Eigenschaften. Auch deren spezifische Aktivitäten waren ähnlich. Die Analyse der Quartärstruktur zeigte einen homo-oligomeren, kugelartigen Komplex mit einem zentralen Hohlraum. Denaturierungsexperimente zeigten, dass die Untereinheiten Homodimere als strukturelle Bausteine des Holoenzyms bilden. Die apparente freie Entfaltungenergie betrug ~5 kcal mol-1, bei pH 7. Eisen war im Wildtyp in einer Stöchiometrie von 1 pro Monomer enthalten. EPR-spektroskopische Untersuchungen der farblosen SOR zeigten ein isotropes Signal bei g = 4.3, welches typisch für mononukleare "high-spin" Eisenzentren ist. Das Signal verschwand bei Reduktion durch Dithionit oder bei Inkubation mit elementarem Schwefel. Das Redoxpotenzial des Zentrums betrug E0´ = -268 mV bei pH 6.5. Datenbankanalysen führten zur Identifikation von fünf SOR Homologen, was die Vorhersage von möglicherweise an der Katalyse beteiligten Aminosäuren ermöglichte. Die rekombinante SOR wurde durch "sitting drop" Dampfdiffusion kristallisiert. Anschliessend wurde die Kristallstruktur mit einer Auflösung von 1.7 Å bestimmt. Das homo-ikosatetramere Holoenzym ist ein hochsymmetrisches, hohles Partikel mit einer 432 Puktgruppensymmetrie. Die Monomere bestehen aus einer zentralen β-Fass-Struktur, welche von α-Helices umgeben ist. Jedes Monomer enthält ein mononukleares Nicht-Häm Eisenzentrum mit einer oktaedrischen Geometrie und mit H85, H89, E113 und zwei H2O Molekülen als Liganden. Die Proteinliganden bilden eine sogenannte "2-His-1-Carboxylat Gesichtstriade" zur Eisenbindung. Die Cysteine C30, C100 und C103 sind in räumlicher Nähe zum Eisenzentrum und entlang der gleichen Kavität im Innern des Monomers angeordnet. Dieses Areal stellt somit das aktive Zentrum dar. C30 ist persulfuriert. Die 24 aktiven Zentren sind räumlich getrennt voneinander, was eine elektronische Interaktion während der Katalyse unwahrscheinlich erscheinen lässt. Sie sind ausschliesslich durch das innere Kompartiment zugänglich. Das Substrat gelangt wahrscheinlich durch sechs hydrophobe Poren an den vierfach Symmetrieachsen des Holoenzyms in das innere Kompartiment. Darüberhinaus weist die Struktur auf lineares Polysulfid und nicht auf den zyklischen α-S8 Schwefel als Substrat der SOR hin. Kristallstrukturen der SOR mit den Inhibitoren p-Hydroxy-Quecksilbersäure und Iodacetamid identifizierten die Cysteine als die Inhibitorbindestellen. Die eisenbindenden Aminosäuren H85, H89 und E113 und die Cysteine C30, C100 and C103 wurden mittels Orts-spezifischer Mutagenese ausgetauscht und die mutierten Proteine wurden auf Aktivität und Eisengehalt untersucht. Mutationen der Eisenliganden und C30 resultierten in inaktivem Enzym, während Mutationen von C100 und C103 zu einer reduzierten Aktivität führten. Alle Mutationen beeinflussten die Oxygenase- und Reduktase-Teilreaktionen zu einem ähnlichen Grad. Diese Analysen erlauben erste detaillierte Einblicke in die Struktur-Funktionsbeziehung dieses kompartimentbildenden Enzyms. C30 ist höchstwahrscheinlich der Ort der Schwefelbindung, was zu einer Ausrichtung des Substrates am Eisenzentrum und dessen anschliessender Oxygenierung führt. Die Funktion von C100 und C103 ist unklar, sie könnten eine Rolle in der anschliessenden Schwefeldisproportionierung spielen. Der Vergleich der SOR mit SoxAX, dem einzigen weiteren schwefeloxidierenden Enzym aus Prokaryonten für das hochauflösende Strukturinformationen verfügbar sind, zeigte keinerlei strukturelle Ähnlichkeit. SoxAX und andere schwefeloxidierende Enzyme besitzen unterschiedliche Kofaktoren, was die Diversität der enzymatischen Mechanismen demonstriert. Die Verwendung von Cysteinen als kovalente Substratbindestellen scheint dagegen ein grundlegendes funktionales Prinzip der schwefeloxidierenden Enzyme zu sein.