dc.contributor.author
Przylas, Ingo
dc.date.accessioned
2018-06-07T19:07:51Z
dc.date.available
2001-02-06T00:00:00.649Z
dc.identifier.uri
https://refubium.fu-berlin.de/handle/fub188/5776
dc.identifier.uri
http://dx.doi.org/10.17169/refubium-9975
dc.description
Titelblatt
Einleitung
1.1 Polysaccharid
1.2 Metabolismus der Stärke
1.3 Die Amylomaltase
1.4 Industrielle Anwendung der Stärke-produzierenden Enzyme und
deren Produkte
1.5 Zielsetzung
Material und Methoden
2.1 Materialien
2.2 Biochemische Methoden
2.3 Kristallographische Methoden
Ergebnisse
3.1 Proteinchemische Untersuchungen
3.2 Strukturlösung
Strukturanalyse
4.1 Tertiärstruktur und Hauptkettenverlauf
4.2 Amylomaltase in Komplex und Acarbose
4.3 Kristallkontakte
4.4 Thermostabilität und Temperaturfaktoren
Diskussion und Schlussfolgerungen
5.1 Vergleich der nativen und Inhibitor-gebundenen Struktur
5.2 Sequenzalignment verschiedener Amylomaltasen
und eines D-Enzyms
5.3 Vergleich der Struktur der Amylomaltase mit
verwandten Strukturen aus der Alpha-Amylase-Familie
5.4 Diskussion der Inhibitor-gebundenen Struktur
5.5 Möglicher Bindungspfad längerer Substrate und
Mechanismus der Ringbildung
Zusammenfassung und Ausblick
Anhang
dc.description.abstract
Kohlenhydrate sind essentielle Stoffe aller Organismen und bilden die
variabelste Klasse aller natürlich vorkommenden Moleküle. Polysaccharide wie
Stärke sind wichtige Energie-speicher in Pflanzen, Bakterien und einfacheren
Eukaryonten. Für Tiere ist Stärke ein Haupt-nahrungs-mittel, die in Form von
Glykogen gespeichert wird. Die Bildung bzw. die Hydrolyse der glycosidischen
Bindung ist daher für alle Organismen ein kritischer Schritt bei der Energie
Aufnahme und Speicherung, wodurch sich die Vielzahl der Stärke-pro-zessieren-
der Enzyme erklärt. Amylomaltasen als Mitglied der a-Amylase-Familie
katalysiert die Trans-glykosi-lie-rung von a-1,4-Glucanen. Die Struktur der
Amylomaltase aus Thermus aquaticus wurde röntgen-kristallo-graphisch mittels
des multiplen Isomorphen-Ersatzes bis 2.0 Å in seiner nativen Form und bis 1.9
Å in Komplex mit Acar-bose, einem Maltotetraosederivat, untersucht. Die
Amylomaltase enthält wie alle Mitglieder der a-Amylase-Familie ein (b,
a)8-Faß, dessen regel-mäßige Abfolge der Sekundärstrukturelemente durch
mehrere Einschübe unterbrochen wird. Große Insertionen befinden sich einen
zwischen dem dritten und fünften Faßstrang und formen die Unterdomäne B1. Die
Unterdomäne B2 wird durch die langen a-helikalen Unter-brechungen zwischen dem
zweiten und dritten Faßstrang gebildet. In anderen bekannten Strukturen der a
-Amylase-Familie sind lediglich Teile der Unter-domäne B2 vor-handen. Die
Unterdomäne B1 wurde bisher in keinem anderen Enzym dieser Familie gefunden.
Desweiteren hat die Amylomaltase keine C-terminale Domäne C, die in allen
anderen Strukturen vorkommt und für deren katalytische Aktivität notwendig
ist. Die homologe Anordung der katalytisch aktiven Seitenketten Aspartat-293,
Glutamat-340 und Aspartat-395 der Amylomaltase im Vergleich zu bekannten
Proteinen der a-Amylase-Familie weist auf einen ähnlichen Reaktionsmechanismus
für die Trans-glyko-silierung hin. Eine besomdere Eigenschaft der Amylomaltase
ist die Katalyse der Bildung von großen zyklischen Ringen. Diese Ringe haben
im Falle der Amylomaltase aus Thermus aquaticus einen Polymerisationsgrad
größer als 22 Einheiten. Die sehr gut charakteriserten Cyclodextrin
Glucanotransferasen (CGTasen) katalysieren lediglich die Bildung Ringe
zwischen 6 und 8 Glucosen. Aufbauend auf den zwei Bindungsstellen der Acarbose
in der Inhibitor-gebundenen Struktur und dem Vergleich der molekularen
Oberfläche mit verwandten Enzymen konnte eine Hypo-these für den Bindungsmodus
von längeren Amyloseketten aufgestellt werden, so daß mögliche Kandidaten, die
die Ringgröße und deren Ausbeute beeinflussen erhalten wurden.
de
dc.description.abstract
Carbohydrates are essential components of all living organisms and form the
most abundant class of biological molecules. Polysaccharides such as starch
are an important food reserve in plants and a major nutrient for animals.
Whereas higher plants synthesize starch, bacteria, lower eukaryotes and
animals accumulate glycogen. Due to the important biological role of these
poly-saccharides for energy storage and uptake, selective hydrolysis and
formation of glycosidic bonds are critical steps for all organisms. Thus,
various enzymes have been identified to act on starch. Amylo-maltase catalyses
the transglycosylation reaction of a-1,4-glucans and is a member of the
a-amylase family of enzymes. The crystal structure of amylomaltase from
Thermus aquaticus was determined by multiple iso-morphous replacement to 2.0 Å
resolution and in complex with acarbose, a maltotetraose derivative, to 1.9 Å
resolution. As a member of the a-amylase family the core structure of amylo-
maltase consists of a (b, a)8 barrel. In amylomaltase, the eight-fold symmetry
of this barrel is disrupted by several insertions between the barrel strands.
The largest insertions are between the third and fifth barrel strands, where
two insertions form subdomain B1, as well as between the second and third
barrel strands, forming the a-helical subdomain B2. Whereas part of subdomain
B1 is also present in other enzyme structures of the a-amylase family,
subdomain B2 is unique to amylo-maltase. Remarkably, the C-terminal domain C,
which is present in all related enzymes of the a-amylase family and essential
for their catalytic activity, is missing in amylo-maltase. The catalytic side
chains (two Asp and one Glu) of amylomaltase show a similar arrange-ment as in
previously characterized members of the a-amylase family, indicating similar
mechanisms of the glycosyl transfer reaction. A unique feature of amylomaltase
is its ability to catalyse the formation of cyclic amylose. In contrast to the
well studied cyclodextrin glucano-transferases (CGTases), which synthesize
cycloamylose with a ring size of 6-8, the amylomaltase from Thermus aquaticus
produces cycloamyloses with a size of 22 glucose residues and higher. In the
inhibitor bound structure of amylomaltase, two binding sites for acarbose were
located. The analysis of these binding sites, the molecular surface and a
comparison to related amylomaltase sequences revealed a possible binding mode
for large amylose substrates and suggested candidates for amino acids, Tyr-54
and amino acids within the 250s and 460s loop, which might be varied by muta-
genesis in order to influence the cyclization yield and the product ring size.
en
dc.rights.uri
http://www.fu-berlin.de/sites/refubium/rechtliches/Nutzungsbedingungen
dc.subject
(beta, alpha)8-barrel
dc.subject
glucanotransferase
dc.subject
disproportionating enzyme
dc.subject
alpha-amylase-family
dc.subject.ddc
500 Naturwissenschaften und Mathematik::540 Chemie::540 Chemie und zugeordnete Wissenschaften
dc.title
Kristallstrukturanalyse der Amylomaltase aus Thermus aquaticus
dc.contributor.firstReferee
Prof. Dr. Wolfram Saenger
dc.contributor.furtherReferee
Prof. Dr. Wolfgang Höhne
dc.date.accepted
2000-12-15
dc.date.embargoEnd
2001-02-13
dc.identifier.urn
urn:nbn:de:kobv:188-2001000156
dc.title.subtitle
The first 3-D structure of a glycosyltransferase, which catalyse the formation
of large cyclic amylose.
dc.title.translated
Crystal structure analysis of Amylomaltase from Thermus aquaticus
en
dc.title.translatedsubtitle
Die erste dreidimensionale Struktur einer Glycosyltransferase,die die Bildung
großer zyklischer Amylose katalysiert
en
refubium.affiliation
Biologie, Chemie, Pharmazie
de
refubium.mycore.fudocsId
FUDISS_thesis_000000000533
refubium.mycore.transfer
http://www.diss.fu-berlin.de/2001/15/
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free
dcterms.accessRights.openaire
open access