Vergleichende biochemische und strukturelle Untersuchung thermophiler α-Amylasen

Abstract

Einige Mikroorganismen sind in der Lage, extreme Habitate zu besiedeln. So bilden beispielsweise heiße Standorte den Lebensraum für thermophile Archaeen und Bakterien. Die Enzyme dieser Organismen sind aufgrund ihrer physikochemischen Eigenschaften von hohem Interesse für die Biotechnologie. Im Rahmen dieser Arbeit wurden vier α-Amlyasen, AmyB-Tm aus dem hyperthermophilen Bakterium Thermotoga maritima, AmyB-Tt aus dem extrem thermophilen Bakterium Thermus thermophilus und AmyA-Ag sowie AmyB-Ag aus dem thermoalkaliphilen Bakterium Anaerobranca gottschalkii, untersucht. Der Schwerpunkt lag dabei auf dem Enzym aus T. maritima. Die rekombinante intrazelluläre α-Amylase aus T. maritima, die ihre maximale Aktivität bei 90 °C erreicht, besitzt eine ungewöhnlich hohe Empfindlichkeit gegenüber chelatierenden Agenzien und ihre spezifische Aktivität wird durch Reduktionsmittel gesteigert. In T. maritima ist das Enzym in der logarithmischen Wachstumsphase nachweisbar. Durch die Identifizierung des Proteins als Teil des cluster of orthologous groups (COG) 1543 bzw. der Glykosyl-Hydrolase Familie (GHF) 57 konnte einer großen Gruppe zu AmyB-Tm homologer Enzyme erstmals eine Funktion zugewiesen werden. AmyB-Tm besitzt ein verzerrtes, siebensträngiges (β/α)-Fass-Faltungsmotiv. Eine solche Supersekundärstruktur wurde im Gegensatz zu dem weit verbreiteten (β/α)8-Fass erst in wenigen Proteinen gefunden. Als katalytische Aminosäuren von AmyB-Tm konnten Glu185 und Asp349, die am C-Terminus des (β/α)7-Fasses liegen, identifiziert werden. Auch das zu AmyB-Tm ähnliche Protein AmyB-Tt aus T. thermophilus wurde überexprimiert, aufgereinigt und teilweise charakterisiert. Ein weiterer Teil der Arbeit befasst sich mit zwei zur GHF 13 gehörenden α-Amylasen aus A. gottschalkii. Im Zellrohextrakt von A. gottschalkii konnte AmyB-Ag nachgewiesen und damit die vermutete intrazelluläre Lokalisierung des Enzyms bestätigt werden. Für die extrazelluläre α-Amylase AmyA-Ag konnte gezeigt werden, dass die Zugänglichkeit des vermutlich im Enzym gebundenen Kalziums für Chelatoren vom Puffersystem abhängig ist.