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wenn kein Molekülmodell zu sehen ist:
http://www.biologie.uni-hamburg.de/
lehre/bza/1nir/1nirm.htm
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Nitritreduktase
aus Pseudomonas aeruginosa
EC: 1.9.3.2

Zur Hervorhebung der beschriebenen Eigenschaften die Kästchen anklicken. An jeder Stelle können die Bilder mit der Maus bewegt werden - wenn die Orientierung für weitere Schritte völlig daneben ist, führen zurückliegende breite Kästchen zu einer Ausgangsposition zurück.

Die Nitritreduktase aus P. aeruginosa ist ein Homodimer. Jede Proteinkette (Mr 60 kDa) beginnt am Aminoterminus mit einem unstrukturierten Segment (Aminosäuren 1-29; 1-5 sind im Kristall so variabel angeordnet, daß sie in der Röntgenstruktur nicht sichtbar sind) . Daran schließt sich eine Cytochrom C-ähnliche Domäne an (Aminosäuren 30 - 115), an die ein C-Häm gebunden ist . Ein Verbindungssegment (116-149) enthält eine Helix (120-128, rot) und führt zur beta-Propeller-Domäne mit einem eingebetteten d1-Häm .

C-Domäne: Das hier gebundene C-Häm ist der Elektronenakzeptor-Teil des Moleküls. In vitro kann es durch Azurin oder Cytochrom c551 reduziert werden. Das Häm liegt in einer Tasche, die aus hydrophoben und semipolaren Aminosäuren gebildet wird . Die Propionatgruppen des Häms werden über Salzbrücken fixiert . Über die Schwefelatome zweier Cysteine ist das Häm kovalent an das Protein gebunden. Das Eisenatom wird außer durch die Stickstoffatome des Häms von einem Histidin und einem Methionin koordiniert . Die Protein-Topologie der C-Domäne entspricht einem Cytochrom C. Strukturmerkmale sind in dieser Domäne Helices .

D1-Domäne: Im Gegensatz zur C-Domäne ist dieser Teil des Moleküls hauptsächlich aus beta-Faltblättern aufgebaut . Die quasi-rotationssymmetrische Anordnung der Faltblätter gibt dieser Domäne das Aussehen eines achtblättrigen Propellers. Nur wenige kurze Helices finden sich hier . Das d1-Häm ist etwa zentrisch am unteren Teil des beta-Faltblattringes gebunden . Dieses Häm ist nicht kovalent an das Protein gebunden: es wird durch hydrophobe Kräfte in einer Tasche des Proteins festgehalten und zusätzlich durch ionische Kräfte über die vier Carboxylgruppen fixiert .
Eine wassergefüllte Pore führt von einer Carboxylgruppe des Häms zur Oberfläche des Proteins. Polare Aminosäuren sind an der Bindung des Wassers beteiligt . Im Proteinkristall bindet ein Phosphation das Wassermolekül am Ausgang des Kanals . Das Eisenatom im d1-Häm hat als fünften Liganden den Ringstickstoff von His182 . Der sechste Ligand ist keine Aminosäure, sondern ein Hydroxylion . Das Substrat des Enzyms (NO2-) wird von den Histidinen 327 und 369 gebunden . Diese Aminosäuren werden durch Wasserstoffbrücken zu den benachbarten Leucin und Lysin in Position gehalten. Das Hydroxylion hat die Funktion, nach dem Reduktionsschritt das gebildete NO von dem Häm-Eisen zu verdrängen.

In der raumfüllenden Ansicht wird die Zugänglichkeit der prosthetischen Gruppen deutlich . Das C-Häm ist gut sichtbar, es braucht wegen des Kontaktes zu seinem natürlichen Reaktionspartner Cytochrom C551 freie Zugänglichkeit. Das d1-Häm ist wesentlich stärker von der Umgebung abgeschirmt, das niedermolekulare Substrat kann durch relativ kleine Öffnungen diffundieren (selber mit der Maus drehen und die Öffnungen suchen!). Deutlich sichtbar ist hier auch die Position der N-Domäne innerhalb des jeweils anderen Monomers: Der Ligand Tyr10 des d1-Häms stammt von der anderen Untereinheit. Diese Struktur (domain swapping) trägt haptsächlich zur Stabilität des Dimers bei. Weitere intermolekulare Kontakte gibt es zwischen den d1-Domänen : Wasserstoffbrücken halten die benachbarten Proteinstränge in Position. Die Chloridionen (grün) bilden zusätzlich Wasserstoffbrücken zu Aminogruppen.


Literatur: D Nurizzo et al, Structure 15 (1997) 1157-1171


Nitritreduktasen
Klasse I-Enzym
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12-97 © Rolf Bergmann