Analyse der Molekularstruktur von Arthropoden-Hämocyaninen (2x6-mer, 4x6-mer, 8x6-mer) mit 3D-Elektronenmikroskopie
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Bei den kupferhaltigen Hämocyaninen der Arthropoden handelt es sich um große,
extrazelluläre respiratorische Proteine, die sich aus mehreren Untereinheitentypen
zusammensetzen, und Hexamere (1x6-mere) bzw. Oligohexamere (2x6-mer,
4x6-mer, 6x6-mer, 8x6-mer) bilden. Für detaillierte Aussagen über die Funktionsweise
bei der reversiblen O2-Bindung dieser Proteine benötigt man genaue Kenntnisse über
deren dreidimensionale Struktur. Für die Aufklärung der Quartärstruktur eines solch
großen Proteins ist die 3D-Elektronenmikroskopie hervorragend geeignet, da sie
detaillierte 3D-Rekonstruktionen liefert. Damit wurden in dieser Arbeit die
Quartärstrukturen von drei unterschiedlichen Arthropoden-Hämocyaninen erstellt und
analysiert.
Für das 8x6-mere Hämocyanin des Pfeilschwanzes Limulus polyphemus wurden zwei
3D-Rekonstruktionen erstellt. Die erste 3D-Rekonstruktion besitzt eine Auflösung von
7,3 Å und stellt den deoxygenierten Zustand des respiratorischen Proteins dar. Die
zweite 3D-Rekonstruktion des 8x6-mers zeigt den oxygenierten Zustand des Proteins
und besitzt eine Auflösung von 7,9 Å. Die strukturellen Unterschiede zwischen beiden
3D-Rekonstruktionen wurden genauer untersucht und analysiert. Durch das flexible
Einpassen von Homologiemodellen der verschiedenen Untereinheitentypen in die
entsprechenden 3D-Rekonstruktionen konnten die Kontaktstellen, die zwischen den
Hexameren des 8x6-mers auftreten, genauer als früher beschrieben und erstmalig
Unterschiede beider Konformationszustände ermittelt werden. Für zwei Kontaktstellen
wurden molekulardynamische Simulationen durchgeführt, um Näheres über die
Interaktion der beteiligten Aminosäuren zu erfahren.
Für das 4x6-mer des Maulwurfskrebses Callianassa truncata wurde eine
3D-Rekonstruktion mit einer Auflösung von 4,9 Å erstellt. Diese erlaubte es, die
Kontaktstellen der vier Hexamere mit Hilfe von Homologiemodellen der beiden
Untereinheitentypen genauer zu untersuchen. Die vier hier beschriebenen
Kontaktstellen wurden zusätzlich mit Hilfe molekulardynamischer Simulationen
analysiert.
Die 3D-Rekonstruktion des 2x6-mers der Meeresassel Ligia oceanica erreichte eine
Auflösung von 8,6 Å und erbrachte neue Erkenntnisse über die ungewöhnliche
Assemblierung der beiden Hexamere und über die strukturelle Verwandtschaft der
verschiedenen Crustaceen-Hämocyanine.