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Proteinbewegungen

Das Breathing der Acetylcholin-Esterase

Die als Atmen (engl. breathing) bezeichnete Bewegung der der Acetylcholin-Esterase entsteht durch Fluktuationen der Breite des Kanals in das Innere des Enzyms, die dem Substrat Acetylcholin (ACh) erst das Hineindiffundieren zum aktiven Zentrum erlauben. Umgekehrt wird die Diffusion größerer Moleküle in das Innere des Enzyms durch das Breathing erschwert.

Der Hohlraum des Kanals entspricht der Oberfläche des Enzyms, die einer Probe mit dem Radius 0,14 nm (also in etwa der Größe eines Wasser-Moleküls) zugänglich ist. Der Kanal ist durch einen von aromatischen Resten (z.B. Phe 290 oder Tyr 334) gebildeten Flaschenhals eingeengt, der etwa in der Mitte zwischen der Oberfläche und der Bindungstasche liegt. Dieser Flaschenhals ist fast die ganze Zeit der Simulation über zu eng für ein Molekül von der Größe des Acetylcholins (Radius 0,24 nm). Trotzdem gelingt es nahezu jedem in den Kanal eintretenden ACh-Molekül, diesen Flaschenhals zu überwinden, indem es sich nach und nach vorschiebt und während der kurzen Perioden mit einer etwas geweiteten Öffnung ganz durchtritt. Im Gegensatz hierzu bleiben selbst unwesentlich größere Moleküle stecken und diffundieren wieder aus dem Kanal hinaus. Man kann daher von einer dynamischen Selektivität der AChE sprechen.

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Abb.1
Die Acetylcholin-Esterase

Phe 290 (rot) und Tyr 334 (gelb) liegen im Kanal zur Bindungstasche (PDB-Code: 2C58).

Animation zur Bewegung der Acetylcholin-Esterase (Datenbank für Proteinbewegungen)

Literatur

Wlodek, S. T.; Antosiewicz, J.; McCammon, J. A. (1997): Prediction of titration properties of structures of a protein derived from molecular dynamics trajectories. In: Protein Sci.. 6 , 373-382
Zhou, H. X.; Wlodek, S. T.; McCammon, J. A. (1998): Conformation gating as a mechanism for enzyme specificity.. In: Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 95 , 9280-9283

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