Untersuchung des Katalyse- und Regulationsmechanismus Thiamindiphosphat-abhängiger Enzyme durch Röntgenkristallstrukturanalyse von ThiamindiphosphatDerivat-Enzym-Komplexen

In den zurückliegenden beiden Jahren konnte die dreidimensionale Struktur von drei Thiamindiphosphat (TDP)-abhängigen Enzymen (Transketolase, Pyruvatdecarboxylase und Pyruvatoxidase) aufgeklärt werden (für eine Übersicht siehe [1,2]). Mit dem Wissen über diese Enzymstrukturen kann die molekulare Architektur des aktiven Zentrums dieser Enzymklasse und damit die Bedeutung einiger Aminosäureseitenketten für Koenzymbindung und katalytische Aktivität beschrieben werden. Die strukturelle Bestätigung des zunächst aus den Resultaten kinetischer Untersuchungen postulierten Katalysezyklus TDP-abhängiger Enzyme [3] bedarf allerdings der Aufklärung der Struktur solcher Enzymkomplexe, die als Koenzyme Derivate des TDP enthalten, die einzelne Zwischenprodukte des postulierten Katalysezyklus nachempfinden. Erste Experimente in dieser Richtung wurden mit dem Enzym Transketolase durchgeführt [4]. Durch den Einbau von drei verschiedenen Derivaten des Koenzyms TDP (6`-Methyl-TDP, N-3`-Pyridyl- und N-1`-Pyridyl-TDP) konnte einerseits die Bedeutung der beiden Stickstoffatome des Pyrimidinteils des Koenzyms für Kofaktorbindung und Katalyse und andererseits die Bedeutung der 4`-Aminogruppe für die Substratbindung und -umsetzung strukturell belegt werden.Analoge Experimente sind innerhalb dieses Projektes mit den Enzymen Pyruvatdecarboxylase und Pyruvatoxidase geplant. Da die Strukturänderungen in der Proteinkomponente des Enzyms durch den Einbau der Koenzymderivate gegenüber dem nativen Enzym sehr begrenzt sind, wären Datenaufnahmen mit Synchrotronstrahlung wünschenswert, um durch die höhere Auflösung auch relativ geringe Änderungen in der dreidimensionalen Struktur der jeweiligen Komplexe zu erkennen.