Die Kristallstruktur der α-Amylase A aus dem hyperthermophilen Bakterium Thermotoga maritima MSB8
Crystal Structure of the α-Amylase A from the hyperthermophilic Bacterium Thermotoga maritima MSB8
by Thomas Pape
Date of Examination:2002-10-31
Date of issue:2003-04-03
Advisor:Prof. Dr. George M. Sheldrick
Referee:Prof. Dr. George M. Sheldrick
Referee:Prof. Dr. Wolfgang Liebl
Persistent Address:
http://dx.doi.org/10.53846/goediss-1981
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Description:Dissertation
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Abstract
English
α-Amylases catalyze the hydrolytic cleavage of α-glycosidic linkages in starch, glycogen and a number of other related compounds and play an important role in the metabolism of plants, archaea, bacteria, fungi and animals. Due to the biotechnological relevance of these enzymes, which are widely used in the starch-processing and pharmaceutical industry, there is a strong interest in their three-dimensional structure. In particular proteins from hyperthermophilic organisms have attracted attention in this context, since they are easier to handle and often have a higher specific activity than their mesophilic homologues. This thesis describes the crystallization, structure solution, refinement and analysis of the α-amylase A (AmyA, 59 kDa) from the hyperthermophilic bacterium Thermotoga maritima MSB8 and its complex with the inhibitor acarbose at 1.75 and 1.9 Å resolution, respectively. The resulting models, consisting of 535 amino acid residues each, enable the active site of the enzyme to be characterized and the binding mode of the physiological substrate amylose to be derived. Comparisons with several other structures of sugar cleaving enzymes from psychrophilic, mesophilic and (hyper-)thermophilic organisms provide indications for a structural basis of the exceptional thermal stability of AmyA. In particular the proportion and distribution of hydrophobic, uncharged polar and charged residues along the peptide chain and on the water accessible surface of the enzyme appear to contribute significantly to thermostability.
Keywords: amylase; acarbose; thermostability; crystal structure
Other Languages
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.
Schlagwörter: Amylase; Acarbose; Thermostabilität; Röntgenstrukturanalyse