Der β-Faltblatt-Propeller

Das Neuraminidase-Monomer ist aus sechs topologisch identischen, viersträngigen, antiparallelen β-Faltblättern (${\beta }_1$ bis ${\beta }_6$) zusammengesetzt (von ${\beta }_1$ nach ${\beta }_6$ 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 ${\beta }_i$$S_1$ aller sechs β-Faltblätter verläuft jeweils nahe der zentralen Propellerachse schräg von der Moleküloberseite zur Molekülunterseite. Die typische rechtsgängige Krümmung der β-Faltblätter hat zur Folge, dass der vierte Strang ${\beta }_i$$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 ${\beta }_i$$L_{\mathrm{01}}$ (L, Loop) zwischen den verschiedenen β-Faltblättern erstrecken sich immer vom Ende des vierten Strangs eines jeden β-Faltblattes zum Anfang des ersten Strangs des nächsten β-Faltblattes über die Moleküloberseite hinweg (alle ${\beta }_i$$L_{\mathrm{01}}$ in orange). Sie sind zwei, drei, zweimal sieben, dreizehn und 34 Aminosäuren lang. Auffällig ist insbesondere die mit 34 Aminosäure verhältnismäßig lange Verbindung ${\beta }_5$$L_{\mathrm{01}}$ zwischen den β-Faltblättern vier und fünf (${\beta }_5$$L_{\mathrm{01}}$ in orange).

Innerhalb der β-Faltblätter verlaufen die Verbindungen bzw. Schleifen zwischen den Strängen eins und zwei ${\beta }_i$$L_{\mathrm{12}}$ sowie zwischen den Strängen drei und vier ${\beta }_i$$L_{\mathrm{34}}$ jeweils über die Molekülunterseite, die zwischen den Strängen zwei und drei ${\beta }_i$$L_{\mathrm{23}}$ jeweils über die Oberseite (${\beta }_i$$L_{\mathrm{12}}$ in blau, ${\beta }_i$$L_{\mathrm{23}}$ in violett, ${\beta }_i$$L_{\mathrm{34}}$ in rotorange): Jetzt anzeigen. Dies ist u.a. eine Folge der Antiparallelität der β-Faltblätter. Die Schleifen zwischen den ersten und zweiten Strängen ${\beta }_i$$L_{\mathrm{12}}$ sind alle bis auf eine, die fünf Aminosäuren umfasst, nur zwei Aminosäuren lang. Die Schleifen zwischen den zweiten und dritten Strängen ${\beta }_i$$L_{\mathrm{23}}$ sind drei bis zwanzig Aminosäuren und zwischen den dritten und vierten Strängen ${\beta }_i$$L_{\mathrm{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 ${\beta }_6$$S_4$ (N-Terminus in gelb, ${\beta }_6$$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 ${\beta }_6$$S_3$ (C-Terminus in grün, ${\beta }_6$$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 ${\beta }_5$$L_{\mathrm{01}}$ wird durch das Ionenpaar Asp 330 - Arg 364 und ein ${\text{Ca}}^{2+}$-Ion stabilisiert (${\beta }_5$$L_{\mathrm{01}}$ in orange, ${\text{Ca}}^{2+}$-Ion als blaue Kugel, Asp 330 in rotorange, Arg 364 in cyan). Es konnte gezeigt werden, dass dieses ${\text{Ca}}^{2+}$-Ion für die enzymatische Aktivität der Neuraminidase essentiell ist. Die ${\text{Ca}}^{2+}$-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 ${\beta }_4$$L_{\mathrm{23}}$ (${\beta }_4$$L_{\mathrm{23}}$ in grün) an der Ausbildung der Bindungstasche, in der das ${\text{Ca}}^{2+}$-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 (${\beta }_4$$L_{\mathrm{23}}$ in grün) enthält mit Arg 292 (Arg 292 in grünen Sticks) eine Aminosäure des aktiven Zentrums, wodurch die Auswirkung des ${\text{Ca}}^{2+}$-Ions auf die enzymatische Aktivität zumindest plausibel erscheint.

Eine zweite ${\text{Ca}}^{2+}$-Bindungsstelle befindet sich auf der ${\text{C}}_4$-Achse des Neuraminidase-Tetramers.