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
- Abb.1
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 ( bis ) zusammengesetzt (von nach 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 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 aller sechs β-Faltblätter schließlich an der seitlichen Proteinoberfläche annähernd senkrecht zur Propellerachse, also parallel zur Moleküloberseite bzw. -unterseite, verläuft.
Die Loops
Die Verbindungen (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 in orange). Sie sind zwei, drei, zweimal sieben, dreizehn und 34 Aminosäuren lang. Auffällig ist insbesondere die mit 34 Aminosäure verhältnismäßig lange Verbindung zwischen den β-Faltblättern vier und fünf ( in orange).
Innerhalb der β-Faltblätter verlaufen die Verbindungen bzw. Schleifen zwischen den Strängen eins und zwei sowie zwischen den Strängen drei und vier jeweils über die Molekülunterseite, die zwischen den Strängen zwei und drei jeweils über die Oberseite ( in blau, in violett, in rotorange): Jetzt anzeigen. Dies ist u.a. eine Folge der Antiparallelität der β-Faltblätter. Die Schleifen zwischen den ersten und zweiten Strängen sind alle bis auf eine, die fünf Aminosäuren umfasst, nur zwei Aminosäuren lang. Die Schleifen zwischen den zweiten und dritten Strängen sind drei bis zwanzig Aminosäuren und zwischen den dritten und vierten Strängen 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 (N-Terminus in gelb, in magenta). Der C-Terminus (das Ende der Peptidkette) liegt auf der Moleküloberseite und entspringt aus dem dritten Strang des sechsten β-Faltblattes (C-Terminus in grün, 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 wird durch das Ionenpaar Asp 330 - Arg 364 und ein -Ion stabilisiert ( in orange, -Ion als blaue Kugel, Asp 330 in rotorange, Arg 364 in cyan). Es konnte gezeigt werden, dass dieses -Ion für die enzymatische Aktivität der Neuraminidase essentiell ist. Die -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 ( in grün) an der Ausbildung der Bindungstasche, in der das -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 ( in grün) enthält mit Arg 292 (Arg 292 in grünen Sticks) eine Aminosäure des aktiven Zentrums, wodurch die Auswirkung des -Ions auf die enzymatische Aktivität zumindest plausibel erscheint.
Eine zweite -Bindungsstelle befindet sich auf der -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