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Domänenbewegung bei Proteinen: Scher- und Scharnierbewegungen

Lysozym - "hinge bending" und Reaktionsmechanismus

Die Geschichte der Entdeckung des Lysozyms 1921 gehört sicher zu den klassischen Zufällen im Leben eines Wissenschaftlers: als Alexander Fleming (der auch 1928 das Penicillin entdeckte) eines Morgens mit einem starken Schnupfen seine Agarplatten kontrollierte, fiel versehentlich ein Tropfen Nasensekret auf eine Platte, die eine große Kolonie einer Verunreinigung enthielt. Dort, wo der Tropfen auf die Verunreinigung gefallen war, wurde die Kolonie heller. Völlig zu Recht schloss Fleming aus dieser Beobachtung, dass das Nasensekret eine Substanz enthalten muss, die diese Kontaminante lysieren kann. Wenn heute von Lysozym die Rede ist, ist meistens das Lysozym aus Hühnereiweiss (EC 3.2.1.17) gemeint. 1963 wurde Lysozym von Canfield und von Jolles et al. sequenziert und 1965 die Struktur röntgenkristallographisch aufgeklärt (Blake et al.).

Das natürliche Substrat von Lysozym ist die bakterielle Zellwand, genauer gesagt der Mureinsacculus, der der Bakterienwand seine Stabilität verleiht (Peptidoglycan-Schicht). Dieses Polymer besteht aus langen Polysaccharidketten alternierender N-Acetyl-glucosamin- (GlcNAc) und N-Acetyl-muraminsäure-Einheiten (MurNAc), die mit kurzen Peptidbrücken quervernetzt sind. Lysozym spaltet die β-1,4 glucosidische Bindung zwischen MurNAc und GlcNAc.

Der Aufbau von Lysozym

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Abb.1
Aufbau von Lysozym aus zwei Domänen

PDB-Code: 1DPX

Lysozym ist aus zwei Domänen aufgebaut; das Substrat bindet im Spalt zwischen diesen beiden Domänen. Die erste Domäne erstreckt sich von Rest 1 bis 39 und von Rest 85 bis 129. Diese Domäne enthält vier α-helicale Bereiche und eine 310-Helix aus fünf Resten. Die α-Helix B (Rest 24 bis 36) liegt vollständig im Inneren des Proteins, während Helix A (Rest 4 bis 15), Helix C (Rest 88 bis 99) und Helix D (Rest 108 bis 124) teilweise zum Lösungsmittel hin exponiert sind. Die zweite Domäne des Lysozyms (von Rest 40 bis 84) besteht aus einem dreisträngigen antiparallelen β-Faltblatt (Rest 42 bis 60), einem zweiten kurzen β-Faltblatt (Rest 1 bis 2 und Rest 39 bis 40) und einer 310-Helix (Rest 79 bis 84). Zwischen dem großen β-Faltblattbereich und der 310-Helix liegt ein langer Schlaufenbereich (Rest 61 bis78).

Die Spaltregion

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Abb.2
Lysozym: Aminosäuren der Spaltregion in gelb

Der Spalt zwischen den Domänen wird gebildet aus dem ersten und zweiten Strang des β-Faltblattbereiches (Reste 43, 44, 46, 52 und Reste 56 bis 59), dem C-Terminus von Helix B (Rest 35), Teilen der Schlaufenregion zwischen Helix C und Helix D (Rest 98 und Rest 101 bis 103), dem N-Terminus von Helix D (Rest 107 bis 110 und Rest 112) und den Resten 62, 63 und 73.

Animation der Bewegung von Lysozymen, Database of Macromolecular Movements, Gallery of morphs: "lysozyme" im Feld "Search morphs" eintragen.

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