Kristallstrukturuntersuchungen zum Katalyse- und Regulationsmechanismus der Tyrosin-regulierten 3-Deoxy-D-arabino-Heptulosonat-7-Phosphat-Synthase aus Saccharomyces cerevisiae
Crystal structure analysis on the tyrosine-regulated 3-Deoxy-D-arabino-heptulosonate-7-phosphate synthase from Saccharomyces cerevisiae
Verena König
Doctoral thesis
Date of Examination:
2002-10-31
Date of issue:
2003-08-06
Advisor:
Sheldrick, George M. Prof. Dr.
Referee:
Sheldrick, George M. Prof. Dr.
Referee:
Braus, Gerhard Prof. Dr.
Persistent Address: http://hdl.handle.net/11858/00-1735-0000-0006-B6C1-2
Files in this item
Name:
koenig_verena.pdf
Size:
9,0 MB
Format:
PDF
Description:
Dissertation
Abstract
English
The ability to synthesize the aromatic amino acids tyrosine, phenylalanine and tryptophan is confined to prokaryotes, yeast, algae and plants. The first common step in biosynthesis for these amino acids follows the shikimate pathway and the initial reaction, the condensation of erythrose-4-phosphate (E4P) and phosphoenolpyruvate (PEP) is catalyzed by the enzyme family of 3-Deoxy-arabino-heptulosonate-7-phosphate synthases (DAHP synthases). These isoenzymes require a divalent metal ion and most of them are feedback regulated by the respective end product.This thesis describes studies on crystal structures of the tyrosine regulated DAHP synthase from Saccharomyces cerevisiae and a variety of its complexes. The binding pockets for both substrates could be determined on the basis of the double complex of the DAHP synthase with manganese, PEP and the E4P analogue glyceraldehyde-3-phosphate (G3P). Comparisons of complexes with different metal ions, with and without PEP, with the PEP analogue P2G or the E4P analogue G3P allow to draw conclusions about the role of the metal ion and the substrate PEP for catalysis and about the stereo specific reaction mechanism. A complex of DAHP synthase, manganese(II) and tyrosine reveals the effector binding pocket of this enzyme family. By comparing the active and the inhibited structures of the enzyme the inhibition mechanism of the tyrosine sensitive DAHP synthase could be understood. The structure of the point mutant Gly226Ser was also determined and comparison with the tyrosine complex of the wild type reveals the change of its feedback inhibition from tyrosine to phenylalanine sensitivity caused by this single amino acid exchange.
Keywords: X-ray crystal structure analysis; enzyme-substrate-complexes; effector; negative feedback regulation; metalloenzymes; TIM barrel
Other Languages
Im Gegensatz zu Säugetieren sind Prokaryonten,
Hefen, Algen und Pflanzen in der Lage, die aromatischen
Aminosäuren Phenylalanin, Tyrosin und Tryptophan zu
synthetisieren. Ihre Synthese verläuft zunächst
einheitlich über den Shikimatweg. Der erste gemeinsame
Syntheseschritt, die Kondensation von
Erythrose-4-Phosphat (E4P) und Phosphoenolpyruvat (PEP)
zu 3-Deoxy-arabino-Heptulosonat-7-Phosphat (DAHP) wird
in den verschiedenen Organismen durch die Familie der
DAHP Synthasen katalysiert. Alle Isoenzyme benötigen
ein zweiwertiges Metallion als Cofaktor und werden
spezifisch durch negative Rückkopplung der
unterschiedlichen Endprodukte des Syntheseweges
reguliert.Die vorliegende Dissertation umfasst
röntgenstrukturanalytische Untersuchungen an der
tyrosin-regulierten DAHP Synthase aus Saccharomyces
cerevisiae. Anhand der Doppelkomplex-Struktur der DAHP
Synthase mit Mangan(II), PEP und dem E4P-Analogon
Glycerol-3-Phosphat (G3P) wurden die Bindungstaschen
der zwei Substrate innerhalb des aktiven Zentrums
bestimmt. Vergleiche zwischen unterschiedlichen
Metallion-Komplexen, Komplexen mit und ohne PEP und dem
PEP-Analogon P2G erlauben Rückschlüsse auf die Rolle
des Metallions und des ersten Substrates PEP für den
Katalysemechanismus sowie bezüglich des
stereospezifischen Reaktionsmechanismus. Die
Effektor-Bindungstasche konnte anhand eines Komplexes
der DAHP Synthase mit Tyrosin charakterisiert werden.
Durch einen Vergleich der aktiven mit der inhibierten
Struktur kann der Inhibierungsmechanismus von der
Effektor-Bindungstasche zum aktiven Zentrum
nachvollzogen werden. Ein Vergleich mit der Struktur
der Mutante Gly226Ser komplexiert mit Phenylalanin
macht die Regulationsänderung von tyrosin- auf
phenylalaninreguliert durch Austausch von nur einer
Aminosäure verständlich.
Schlagwörter: Röntgenstrukturanalyse; Enzym-Substrat-Komplexe; Effektor; negative Rückkopplung; Metalloenzym; TIM-Barrel
