Analyse der Phosphatgruppenumgebung phosphorylierter Proteine am Beispiel der Ca²+-ATPase
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Die Calciumpumpe ist ein wichtiges Membranprotein, das nach der Ausschüttung von Calciumionen aus dem endoplasmatischen Retikulum durch aktiven Rücktransport der Calciumionen den ursprünglichen Konzentrationsgradienten herstellt. Mehrere Kristallstrukturen dieses Proteins zeigten, dass die Domänen des Proteins außerhalb während des Ionentransports eine sehr große Konformationsbewegung durchführen. Die chemische Energie hierfür liefert die Umsetzung von Adenosintriphosphat. Eine Phosphatgruppe des ATP wird auf einen Aspartrest der Calciumpumpe übertragen. Ungeklärt ist bislang, wie die Phosphorylierung in verschiedenen Konformationen des Enzyms stabilisiert bzw. destabilisiert wird. Zur Aufklärung dieser Fragen sollten in diesem Projekt experimentelle Messungen mit der Methode der Infrarot-Differenzspektroskopie beitragen, ergänzt um quantenchemische Rechnungen zur Interpretation der Spektren. Insbesondere wurde in diesem Projekt die phosphorylierte Form der E2- Konformation untersucht. Ziel war, die hohe Hydrolyserate der E2-P-Form zu verstehen. Durch Differenzspektroskopie konnten Streckschwingungen der transient gebundenen Phosphatgruppe identifiziert werden, die auf einen dissoziativen Übergangszustand hindeuten. Dies bedeutet, dass sich die bestehende Bindung zwischen Phosphor- und Sauerstoffatome partiell löst, bevor die nächste gebildet wird. Dadurch wurde gezeigt, dass die Destabilisierung der P-O-Bindung die Hydrolyse des Phosphoenzyms erleichtert. Anwendungsaspekte dieser Forschungsergebnisse könnten in der ferneren Zukunft eventuell die Entwicklung von ATP-getriebenen molekularen Motoren werden.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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P–O Bond Destabilization Accelerates Phosphoenzyme Hydrolysis of Sarcoplasmic Reticulum Ca2+-ATPase. J. Biol. Chem. 279, 51888–51896 (2004)
Andreas Barth, Natalya Bezlyepkina
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Molecular Dynamics Simulation of Truncated Bovine Adrenodoxin. Biopolymers, Vol., 9, (2005)
Saurabh Kumar Shakya, Wei Gu, Volkhard Helms
