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Die Umwandlung von Chorismat in Prephenat stellt
einen entscheidenden Schritt in der Biosynthese von
Aromaten dar.
Das Enzym Chorismat-Mutase katalysiert die
Claisen Umlagerung
Bis heute wurden die Strukturen von drei
Chorismat-Mutasen aus B. subtilis, (A), E. coli (B)
und Hefe (C) aufgeklärt.
Die Enzyme haben sehr unterschiedliche Strukturen
was zeigt, dass die Natur das Problem der
Claisen-Umlagerung unabhängig mehrfach
gelöst hat. Divergente Evolution
Fig. D zeigt einen katalytisch aktiven Antikörper
Chorismat-Mutase katalysiert eine exergonische Reaktion. Das Chorismat muss von der in Lösung bevorzugten Konformation
mit pseudoequatorialer Anordnung der Reste in eine Konformation umklappen, in der die Reste pseudoaxial stehen. Hierbei
treten ungünstige 1,3 diaxiale Wechselwirkungen auf. Der ÜZ ist sesselförmig. Die Reaktion verläuft, Rechnungen zufolge,
Konzertiert, aber nicht synchron. Der CO-Bindungsbruch ist schneller als die Bildung der C-C Bindung.
Der Umklappprozess ist geschwindigkeitsbestimmend. Wie das Enzym hier eingreift ist unklar.
Chorismat
Prephenat
Der Oxabicyclus ist ein gutes Modell für den ÜZ.
Werden Mäuse mit diesem Molekül immunisiert bilden
sie einen Antikörper, der auch katalytisch
aktiv ist. Allerdings ist die katalytische Potenz 10010‘000 mal schlechter das Enzym.
Die Kristallstruktur eines Komplexes aus dem B. subtilis Enzym und dem Inhibitor (ÜZ Analog) zeigt, wie das Enzym die
Energie des ÜZ absenkt. Zentral ist die Ausbildung von nichtkovalenten Wechselwirkungen. So stabilisiert der positiv
geladene Rest Arg90 die im ÜZ auftretenden negative Partialladung am „O“. Ersetzt man das Arg durch irgendeine
andere Aminosäure (auch Lys), so erhält man nahezu nicht-aktive Enzyme.
Die Stabilisierung der negativen Partialladung im ÜZ, als Mittel zur Absenkung der ÜZ Energie ist hochkonserviert.
Positiv geladene Reste werden in allen anderen Enzymtaschen auch gefunden. Hier das E. coli Enzym mit Lys39
Ganz analog im Enzym aus der Hefe. Die Funktion von Arg90 übernimmt hier Lys168
Die aktive Tasche des Antikörpers ist
Hingegen deutlich anders. Arg95 ist
Zuweit entfernt um stabiliserend zu
Wirken. Die ÜZ-Stabiliserung bleibt aus.
Der Antikörper ist viel weniger aktiv