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4.4 - Grippe - Neuraminidase - Aktives Zentrum

Struktur der Influenza-Neuraminidase - Teil 1

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Interaktiver 3D-Chime-Exkurs zur Struktur der Influenza-Neuraminidase - Teil 1

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Abb.1
Der PDB-Datensatz für dieses Chime stammt aus der RCSB Protein Data Bank ;
ID: 2 B A T. Berman, H.M., Westbrook, J., Feng, Z., Gilliland, G., Bhat, T.N., Weissig, H., Shindyalov, I.N., Bourne, P.E. (2000) The Protein Data Bank, Nucleic Acids Research 28, 235–242.

Der β-Faltblatt-Propeller

Das Neuraminidase-Monomer ist aus sechs topologisch identischen, viersträngigen, antiparallelen β-Faltblättern ( β 1 bis β 6 ) zusammengesetzt (von β 1 nach β 6 in grün, rot, cyan, gelb, grünblau und magenta). Diese sind so angeordnet, dass das Molekül bei Betrachtung von der Oberseite (die der Virus-Membran abgewandte Seite) entlang der Orientierung der Symmetrieachse des Tetramers einem Propeller ähnelt, wobei die sechs β-Faltblätter die Propellerblätter darstellen. Der erste Strang β i S 1 aller sechs β-Faltblätter verläuft jeweils nahe der zentralen Propellerachse schräg von der Moleküloberseite zur Molekülunterseite. Die typische rechtsgängige Krümmung der β-Faltblätter hat zur Folge, dass der vierte Strang β i S 4 aller sechs β-Faltblätter schließlich an der seitlichen Proteinoberfläche annähernd senkrecht zur Propellerachse, also parallel zur Moleküloberseite bzw. -unterseite, verläuft.

Die Loops

Die Verbindungen β i L 01 (L, Loop) zwischen den verschiedenen β-Faltblättern erstrecken sich immer vom Ende des vierten Strangs eines jeden β-Faltblattes zum Anfang des ersten Strangs des nächsten β-Faltblattes über die Moleküloberseite hinweg (alle β i L 01 in orange). Sie sind zwei, drei, zweimal sieben, dreizehn und 34 Aminosäuren lang. Auffällig ist insbesondere die mit 34 Aminosäure verhältnismäßig lange Verbindung β 5 L 01 zwischen den β-Faltblättern vier und fünf ( β 5 L 01 in orange).

Innerhalb der β-Faltblätter verlaufen die Verbindungen bzw. Schleifen zwischen den Strängen eins und zwei β i L 12 sowie zwischen den Strängen drei und vier β i L 34 jeweils über die Molekülunterseite, die zwischen den Strängen zwei und drei β i L 23 jeweils über die Oberseite ( β i L 12 in blau, β i L 23 in violett, β i L 34 in rotorange): Jetzt anzeigen. Dies ist u.a. eine Folge der Antiparallelität der β-Faltblätter. Die Schleifen zwischen den ersten und zweiten Strängen β i L 12 sind alle bis auf eine, die fünf Aminosäuren umfasst, nur zwei Aminosäuren lang. Die Schleifen zwischen den zweiten und dritten Strängen β i L 23 sind drei bis zwanzig Aminosäuren und zwischen den dritten und vierten Strängen β i L 34 ein bis zwölf Aminosäuren lang. Die Stränge der β-Faltblätter weisen Längen zwischen vier und sechzehn Aminosäuren auf.

Alles bisherige zur Struktur des Monomerkopfes auf einen Blick.

N- und C-Terminus

Der N-Terminus (der Anfang der Peptidkette) liegt auf der Unterseite des Moleküls und mündet in den vierten Strang des sechsten β 6 S 4 (N-Terminus in gelb, β 6 S 4 in magenta). Der C-Terminus (das Ende der Peptidkette) liegt auf der Moleküloberseite und entspringt aus dem dritten Strang des sechsten β-Faltblattes β 6 S 3 (C-Terminus in grün, β 6 S 3 in magenta). Zwischen dem dritten und vierten Strang des sechsten β-Faltblattes besteht also keine direkte Verbindung über die Peptidkette. Hier können Sie beide Termini gleichzeitig anzeigen lassen.

Disulfid-Brücken

Mehrere Disulfid-Brücken (zugehörige S-Atome als Kugeln) sowohl zwischen Strängen innerhalb der β-Faltblätter als auch zwischen verschiedenen β-Faltblättern führen zu einer zusätzlichen Verdrillung der regulären β-Faltblatt-Konformationen. Die Disulfid-Brücken zwischen unterschiedlichen β-Faltblättern tragen aber auch zur Stabilisierung der Tertiärstruktur der Neuraminidase bei. Entscheidend für die Stabilisierung der Tertiärstruktur sind aber hydrophobe Wechselwirkungen in den Zwischenräumen der verschiedenen β-Faltblätter sowie Wasserstoff-Brücken in der Peripherie der β-Faltblätter und zwischen den Schleifen, die die einzelnen Stränge und die β-Faltblätter verbinden ( H-Brücken in gestrichelten Linien). Außerdem wird die Struktur durch einige Ionenpaare gestützt.

Calcium-Ion und Ionenpaar Asp330 - Arg364

Die Konformation der mit 34 Aminosäuren relativ langen Schleife zwischen den β-Faltblättern vier und fünf β 5 L 01 wird durch das Ionenpaar Asp 330 - Arg 364 und ein Ca2+-Ion stabilisiert ( β 5 L 01 in orange, Ca2+-Ion als blaue Kugel, Asp 330 in rotorange, Arg 364 in cyan). Es konnte gezeigt werden, dass dieses Ca2+-Ion für die enzymatische Aktivität der Neuraminidase essentiell ist. Die Ca2+-Bindungstasche wird von Aminosäuren zweier verschiedener Schleifen gebildet. Neben der Schleife zwischen den β-Faltblättern vier und fünf ist außerdem die Schleife zwischen den Strängen zwei und drei des vierten β-Faltblattes β 4 L 23 ( β 4 L 23 in grün) an der Ausbildung der Bindungstasche, in der das Ca2+-Ion oktaedrisch von Sauerstoff-Atomen koordiniert vorliegt, beteiligt (O-Atome der oktaedrischen Umgebung in roten Kugeln, die dazugehörigen Aminosäuren in roten Sticks; Eine Koordinationsstelle ist von Wasser besetzt, das hier nicht gezeigt ist). Letztere Schleife ( β 4 L 23 in grün) enthält mit Arg 292 (Arg 292 in grünen Sticks) eine Aminosäure des aktiven Zentrums, wodurch die Auswirkung des Ca2+-Ions auf die enzymatische Aktivität zumindest plausibel erscheint.

Eine zweite Ca2+-Bindungsstelle befindet sich auf der C4-Achse des Neuraminidase-Tetramers.

Literatur

Varghese, J. N.; Colman, P. M. (1991): Three-dimensional Structure of the Neuraminidase of Influenza Virus A/Tokyo/3/67 at 2.2 Å Resolution. In: J. Mol. Biol.. 221 , 473-486
Berman, H. M.; Westbrook, J.; Feng, Z.; Gilliland, G.; Bhat, T. N.; Weissig, H.; Shindyalov, I. N.; Bourne, P. E. (2000): The Protein Data Bank. In: Nucleic Acids Research. 28 , 235-242
  • Der PDB-Datensatz für dieses Chime stammt aus der RCSB Protein Data Bank; ID: 2BAT
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