Please use this identifier to cite or link to this item: http://doi.org/10.25358/openscience-4793
Authors: Pairet, Bruno
Title: Die Kristallstruktur zweier Atmungsproteine: das Hämoglobin des Meerschweinchens und das 24-mere Hämocyanin des Kaiserskorpions
Online publication date: 30-May-2011
Language: german
Abstract: Im Verlauf der vorgestellten Arbeit konnten die Kristallstrukturen zweier Atmungsproteine gelöst werden. Da diese Strukturen mit verschiedenen Auflösungen gelöst wurden, wurden für die beiden Modelle unterschiedliche Methoden verwendet.rnrnDie Kristalle des Hämoglobins des Meerschweinchens Cavia porcellus erlaubten eine Messung von Streureflexen bis zu einer Auflösung von 1. 7 Ǻ. Damit konnten das Molecular Replacement und das folgende Refinement mit geringen Vorgaben durchgeführt werden.rnAnhand der ermittelten Struktur konnte gezeigt werden, dass die Höhenadaptation des Hämoglobins des Meerschweinchens auf einer Stabilisierung des R2-Zustandes und einer gleichzeitigen Destabilisierung des T-Zustandes beruht. Die zu Grunde liegenden Aminosäureaustausche konnten identifiziert und der resultierende Mechanismus postuliert werden. Die Durchführung von Mutagenese-Experimenten am Hämoglobin des Meerschweinchens könnte die vorgestellte Hypothese bestätigen.rnrnDie Kristallstruktur des 24-meren Hämocyanins aus Pandinus imperator konnte durch eine Kombination von Röntgenkristallographie und Homologiemodellierung mit einer Auflösung von 6.5 Ǻ gelöst werden. Allerdings wäre die Bestimmung der Phasen durch Molecular Replacement ohne die vor kurzem publizierte Kryo-EM Struktur nicht möglich gewesen [Cong et al., 2009].rnDamit ist es durch die Kombination verschiedener Methoden erstmalig gelungen die Struktur eines Hämocyanins dieser Größe (Mw = 1.7 MDa) zu lösen. Die Auflösung von 6.5 Ǻ, eine für die Kristallographie relativ geringe Auflösung, erlaubte die Bestimmung des Cα-Traces des Proteins mit hoher Genauigkeit.rnDurch die Kristallstruktur konnte das zu Grunde liegende Kryo-EM Modell aus [Cong et al., 2009] bestätigt werden. Insbesondere die Position der α-Helices konnte mittels Kristallographie mit einer höheren Genauigkeit bestimmt werden. Durch die Verwendung von OMIT-Maps wurde sichergestellt, dass die Struktur nicht "kopiert" wurde. Die Übereinstimmung ist deshalb auf die Struktur des Hämocyanins im gemessenen Kristall zurückzuführen, nicht auf einen Bias bei der Auswertung.rnAnhand der Kristallstruktur konnten für die Kooperativität im Trimer potentiell entscheidende Aminosäuren identifiziert werden. Diese Aminosäuren könnten im Vergleich zur bekannten trimeren Struktur aus Limulus polyphemus zur Ausbildung zusätzlicher Bindungen zwischen den Untereinheiten führen. Diese Bindungen könnten eine wichtige Rolle beim Konformationsübergang zwischen dem T- und R-Zustand spielen.rn
The crystal structures of two respiratory proteins were solved at different levels of resolutions. Therefore different methods had to be used in the modeling process.rnThe crystals of the guinea pig hemoglobin allowed diffraction measurements up to a resolution of 1.7 Ǻ. The following Molecular Replacement and Refinement could be accomplished with only low restraints, due to this high resolution.rnWith the crystal structure being solved, we were able to show that the altitude adaptation of the guinea pig hemoglobin can be explained by a stabilization of the R2-state and a simultaneous destabilization of the R-state. The underlying amino acid substitutions were identified and the resulting mechanism postulated. The conduction of mutagenesis experiments could be used to validate the presented hypothesis.rnThe crystal structure of the 24-meric hemocyanin of Pandinus imperator has been solved up to a resolution of 6.5 Ǻ by a combination of X-ray crystallography and homology modeling. The phase determination with Molecular Replacement was made possible by a recently published cryo-EM structure [Cong et al., 2009].rnThe combination of different methods therefore enabled us to solve the crystal structure of a hemocyanin of this size (Mw = 1.7 MDa) for the first time. The resolution of 6.5 Ǻ, although low for crystallography, allowed the accurate determination of the proteins Cα-Trace. rnThe underlying cryo-EM model ([Cong et al., 2009]) was confirmed by the presented crystal structure. Explicit improvement of the structure has been achieved, especially the positions of the α-helices show the higher accuracy of the crystal structure. A potential bias due to a priori information during model building was excluded by the use of OMIT-maps. rnThe crystal structure allowed the identification of amino acids that are potentially decisive for the cooperativity in the trimers of the hemocyanin. These amino acids could lead to the formation of bonds between the subunits, which have not been described in the structure of Limulus polyphemus and could play an important role in the conformational change from the T- to R-state. rn
DDC: 500 Naturwissenschaften
500 Natural sciences and mathematics
Institution: Johannes Gutenberg-Universität Mainz
Department: FB 10 Biologie
Place: Mainz
DOI: http://doi.org/10.25358/openscience-4793
URN: urn:nbn:de:hebis:77-27830
Version: Original work
Publication type: Dissertation
License: in Copyright
Information on rights of use: https://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/
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