Zusammenfassung - Martin-Luther-Universität Halle

DIPLOMARBEIT
UNIVERSITÄTSZENTRUM INFORMATIK
Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg
Charakterisierung von Diphosphatbindungsstellen in
Proteinen und Homologiemodellierung eines Proteins
als Beitrag zur Untersuchung der Evolution prenylierender Enzyme
Diana Schulze
(2006)
 Universitätszentrum Informatik • Universität Halle
von-Seckendorff-Platz 1 • 06120 Halle (Saale)
Allgemeine Angaben
Die Diplomarbeit wurde am Leibniz-Institut für Pflanzenbiochemie (IPB), Abteilung
Natur- und Wirkstoffchemie, angefertigt und von Herrn PD Dr. Wolfgang Brandt, sowie Prof. Dr. Ludger A. Wessjohann des Leibniz-Institutes für Pflanzenbiochemie beaufsichtigt.
Zur Kontaktaufnahme benutzen Sie bitte die Email-Adresse
[email protected].
Zusammenfassung
Isoprenoide bilden eine sehr umfangreiche und diverse Klasse von Naturstoffen und
sind vor Allem in Pflanzen weit verbreitet. So sind zu den Isoprenoiden ätherische
Öle, wie Thymol in Thymian und Oregano oder Menthol in Pfefferminze, Harze,
Kautschuk, aber auch Steroide, Retinoide oder Carotinoide zu zählen. Die Heterogenität dieser Klasse ist nicht nur anhand der Strukturen ihrer Vertreter erkennbar,
sondern auch anhand ihrer Funktionen: Während beispielsweise ätherische Öle dem
Schutz vor Tierfraß dienen können, sind Carotinoide am Prozess der Photosynthese
beteiligt, der für das Überleben von grünen Pflanzen essentiell ist. Als therapeutisch
eingesetzte isoprenoide Verbindungen sind die Herzglykoside zu nennen, von denen
insbesondere Digitoxin und Digoxin aus Fingerhut-Arten bei der Behandlung von
Herzinsuffizienz Anwendung finden. Das seit 1993 zugelassene Antikrebsmittel Taxol® ist den isoprenoidabgeleiteten Verbindungen zuzuordnen.
Mit dieser Arbeit werden Grundsteine für die Untersuchung der Evolution prenylierender Enzyme gelegt. Die Proteine dieser Enzymfamilie sind an der Synthese von
Isoprenoiden beteiligt oder verwenden Produkte des Isoprenoid-Stoffwechsels als
Substrate. Da die Ausgangsstoffe aller bisher bekannten Vertreter prenylierender
Enzyme durch Diphosphate gebunden sind, wurden, um einen ersten Einblick in die
komplexen Zusammenhänge der Evolution zu gewinnen, die Bindungsstellen von
diphosphathaltigen Liganden in verschiedenen Proteinen, nicht nur in prenylierenden
- 2 -
Enzymen, analysiert. Hierfür konnten 771 diphosphathaltige Proteine aus der Proteindatenbank PDB extrahiert werden, für die mittels entwickelter C++-Programme
Statistiken bezüglich der Bindung von Aminosäuren an Diphosphatreste erzeugt und
untersucht wurden. Dabei erfolgte insbesondere eine Unterscheidung zwischen Proteinen, die Metallionen zur Komplexierung der Diphosphatreste nutzen, und solchen,
bei denen dies über anderweitige Strukturen erfolgt. Die Anfertigung dieser Statistiken soll in späteren Arbeiten eine Klassifizierung diphosphatbindender Proteine ermöglichen und somit einen neuen Ansatzpunkt für die Ermittlung evolutionärer Zusammenhänge prenylierender Enzyme liefern.
Weiterhin wird ein Modell der dreidimensionalen Struktur des hypothetischen Proteins Q4TLL1 aus Erythrobacter litoralis vorgestellt, das mittels etablierter Methoden
und Programme erzeugt und bewertet wurde. Aufgrund der hohen Übereinstimmung
dieses postulierten Proteins mit der Undecaprenylpyrophosphat-Synthase (UPPS)
aus E.coli, welche der Gruppe der prenylierenden Enzyme zugehörig ist, werden weitere Hinweise für eine mögliche Zuordnung des Proteins zur Familie der Undecaprenylpyrophosphat-Synthasen geliefert. Dazu gehören unter anderem Vergleiche des
putativen aktiven Zentrums mit dem aktiven Zentrum einer UPPS, verschiedene Dockingstudien und Analysen der mutmaßlichen Diphosphatbindestellen des Proteins.
Im ersten Kapitel werden die wichtigsten biologischen und biochemischen Hintergründe der Isoprenoide und der prenylierenden Enzyme zusammengefasst. Danach
folgt in einem zweiten Kapitel die Erläuterung der für diese Arbeit verwendeten Methoden, während sich das dritte Kapitel mit der Vorstellung und Auswertung der Ergebnisse beschäftigt. Mit einer Zusammenfassung der Ergebnisse und einem Ausblick schließt die Arbeit ab.
- 3 -