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Unsichtbarer Turbo treibt das DERA-Enzym

Jülich / Düsseldorf, 29. Mai 2018 -- Das natürlich in Zellen vorkommende Enzym DERA beschleunigt chemische Reaktionen, aus denen begehrte Grundstoffe für Medikamente hergestellt werden. Zugleich ist es für Bakterien überlebenswichtig und dadurch ein wichtiger Angriffspunkt für antimikrobielle Therapien. Für Anwendungen in Biotechnologie und Medizin versuchen Forscher deshalb seit langem, die Aktivität von DERA zu verstehen und zu kontrollieren.

Ergebnisse von Jülicher und Düsseldorfer Forschern zeigen nun jedoch, dass ein besonders einflussreicher Teil des Enzyms in bisherigen Analysen unsichtbar geblieben ist. Dabei handelt es sich um einen flexiblen „Anhang“ aus acht bis neun Aminosäureresten, der sich so schnell bewegt, dass er mit bisherigen Methoden nicht dargestellt werden konnte. Die Ergebnisse weisen den Weg für die effizientere Nutzung des Enzyms sowie sein pharmazeutisches Potenzial. Die Studie wurde für das aktuelle Cover der Fachzeitschrift ACS Catalysis ausgewählt.

Wegen der großen Relevanz des DERA-Enzyms arbeiten das Jülicher Institute of Complex Systems, Bereich Strukturbiochemie, und das Institut für Bio- und Geowissenschaften, Bereich Bioorganische Chemie, seit längerer Zeit gemeinsam daran, das Enzym immer besser zu verstehen und für die gezielte Nutzung zu optimieren.

ACS Catalysis 2018 © ACS Catalysis


Durch eine Kombination von Experimenten mit Kernspinresonanzspektroskopie (NMR) und Moleküldynamik-Simulationen konnten die Wissenschaftler im Detail nachvollziehen, warum ein Baustein am Ende des hochbeweglichen Anhangs für die Reaktion wie ein Raketenantrieb wirkt: Wann immer dieser durch die Bewegung der Struktur in das aktive Zentrum des Enzyms gelangt, wird die Reaktion im Mittel um das 100fache beschleunigt. Auch dass der Anhang kontinuierlich in Bewegung bleibt, ist entscheidend, da nur so die Reaktionsprodukte den Weg ins Zentrum freimachen und neue Reaktionspartner nachkommen können.

Durch Ergebnisse wie dieses wird immer deutlicher, dass Enzyme anders arbeiten als bisher angenommen, insbesondere im Hinblick darauf, wie die Dynamik ihre Funktion reguliert. Die Stärke der NMR- Spektroskopie liegt darin, diese Dynamik zu charakterisieren, um zu verstehen, wie das Enzym funktioniert. Der Fund unterstreicht daher nach Ansicht der Forscher auch die Notwendigkeit hochdynamischer Methoden in der Enzymforschung, um der starken Beweglichkeit dieser Moleküle Rechnung zu tragen.

Originalpublikation:
Marianne Schulte, Dušan Petrović, Philipp Neudecker, Rudolf Hartmann, Jörg Pietruszka, Sabine Willbold, Dieter Willbold, and Vineet Panwalkar: Conformational Sampling of the Intrinsically Disordered C-Terminal Tail of DERA Is Important for Enzyme Catalysis. ACS Catal., 2018, 8(5), pp 3971-3984, DOI: 10.1021/acscatal.7b04408, https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acscatal.7b04408

Kontakt:

Dr. Vineet Panwalkar
Telefon: +49 2461 61-9449
Fax: +49 2461 61-9497
E-Mail: v.panwalkar@fz-juelich.de

Marianne Schulte
Telefon: +49 2461 61-9387
Fax: +49 2461 61-9497
E-Mail: ma.schulte@fz-juelich.de


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