Kristallstrukturuntersuchungen zum Katalyse- und Regulationsmechanismus der Tyrosin-regulierten 3-Deoxy-D-arabino-Heptulosonat-7-Phosphat-Synthase aus Saccharomyces cerevisiae

Abstract

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.