Die Kristallstruktur der α-Amylase A aus dem hyperthermophilen Bakterium Thermotoga maritima MSB8

Abstract

α-Amylasen katalysieren die hydrolytische Spaltung α-glycosidischer Bindungen in Stärke, Glykogen und einer Reihe verwandter Verbindungen und spielen somit eine entscheidende Rolle im Energiestoffwechsel nahezu aller bekannten Lebewesen. Aufgrund der biotechnologischen Relevanz dieser Gruppe von Enzymen, die vermehrt im Rahmen der industriellen Stärkeverarbeitung und in der Pharmazie eingesetzt werden, besteht ein großes Interesse an der Kenntnis des dreidimensionalen Aufbaus dieser Proteine. Besondere Beachtung kommt dabei den Enzymen thermophiler Organismen zu, da sie aufgrund ihrer erhöhten Entfaltungstemperatur deutlich einfacher zu handhaben sind als ihre mesophilen Verwandten und diesen gegenüber oftmals eine höhere spezifische Aktivität aufweisen. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit konnte mit Hilfe der Röntgenstrukturanalyse am Einkristall der dreidimensionale Aufbau eines 535 Aminosäurereste umfassenden Konstrukts der α-Amylase A (AmyA, 59 kDa) aus dem hyperthermophilen Bakterium Thermotoga maritima MSB8 sowie eines Komplexes mit dem Inhibitor Acarbose bei einer Auflösung von 1.75 bzw. 1.9 Å bestimmt werden. Anhand dieser Modelle war es möglich, das aktive Zentrum des Enzyms zu charakterisieren und Aussagen über die Bindung des physiologischen Substrats Amylose zu machen. Vergleiche mit bekannten Strukturen anderer psychrophiler, mesophiler und (hyper-)thermophiler zuckerspaltender Enzyme ermöglichen zudem Rückschlüsse bezüglich der außergewöhnlichen thermischen Beständigkeit der AmyA. Insbesondere der Anteil und die Verteilung hydrophober, polar ungeladener und geladener Aminosäuren in der Peptidsequenz und an der für Wasser zugänglichen Oberfläche des Proteins scheinen signifikante Beiträge zur Thermostabilität zu liefern.