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Bitte beziehen Sie sich beim Zitieren dieses Dokumentes immer auf folgende
URN: urn:nbn:de:bsz:25-opus-33572
URL: http://www.freidok.uni-freiburg.de/volltexte/3357/


Fritzemeier, Kai

Entwicklung von rechnergestütztem Proteindesign zur Synthese von beta-Sandwich Proteinen

Development of computational protein design for synthesis of beta-Sandwich Proteins

Dokument1.pdf (35.230 KB) (md5sum: 5f21c300d26773b4f5a9b67437da5c67)

Kurzfassung in Deutsch

Das de novo Design von Proteinen stellt eine der wenigen Möglichkeiten dar, unser Verständnis von Proteinstruktur und -faltung zu überprüfen. Als Modellsystem für eine solche Überprüfung wurden in dieser Arbeit Proteine mit beta-Sandwich Struktur entworfen und charakterisiert. Die Auswahl der Sequenzen erfolgte durch computergestützte Optimierung der Struktur. Hierzu wurden Programme entwickelt, die auf Grundlage des Konzepts der inversen Faltung, bei dem vorgegebene Konformationen der Aminosäuren (Rotamere) in ein starres Proteinrückgrat gepackt werden, die Packung der Aminosäuren im hydrophoben Kern der Proteine optimieren. Einschränkungen durch das starre Rückgrat konnten durch Kombinaton der Packungsoptimierung mit einer Energieminimierung teilweise aufgelöst werden. Die Auswahl der synthetisierten Sequenzen erfolgte nach folgenden Kriterien: Minimale Anzahl von Hohlräumen und Atomüberschneidungen sowie eine maximale Zahl der nach der Energieminimierung erhaltenen Wasserstoffbrücken. Die berechneten Sequenzen wurden als Template Assembled Synthetic Proteins (TASPs) synthetisiert, wobei vier Peptide mit beta-Hairpin Struktur auf die Cysteine eines zyklischen Dekapeptids gekoppelt wurden. Die Aminosäuren auf der Proteinoberfläche wurden zunächst aufgrund einer statistischen Auswertung der Aminosäurehäufigkeiten ausgewählt. In mehreren iterativen Zyklen wurde durch einen Überschuss an positiver Ladung und durch eine Erhöhung der Zahl der Salzbrücken eine Aggregation der Moleküle von > 1000 kDa zu stabilen Dimeren reduziert.
Das in diesem Prozess entworfene beta-Faltblatt Protein weist einen hohe Stabliltät auf. Durch NMR Messungen konnte gezeigt werden, dass das Molekül in eine eindeutige Struktur faltet.


Kurzfassung in Englisch

The de novo design of Proteins is an excellent approach to our understanding of protein structure and folding. The design of beta-sandwich proteins from two antiparallel four stranded beta-sheets has been selected for a critical test. The core of the molecules was computational designed by packing of amino acid side chain conformations (rotamers) in an initially selected backbone structure. A set of proteins with low energies was generated. After energy minimization proteins with a minimal number of atom clashes and cavities in the core, and a maximum number of hydrogen bonds were selected for synthesis.
The molecules were synthesized as Template Assembled Synthetic Proteins (TASPs) by coupling four peptides with beta-hairpin structure to orthogonal protected cysteins of a cyclic decapeptide. The amino acids of the surface were selected by their natural propensity. An aggregation of the first variant was iteratively decreased to a dimer by an excess of positive charged amino acids and an increased number of salt bridges. NMR measurements indicate a well folded protein with beta-structure and high stability.


SWD-Schlagwörter: Proteindesign , Beta-Faltblatt , Peptidsynthese
Freie Schlagwörter (deutsch): Beta-Sandwich , Beta-Hairpin
Freie Schlagwörter (englisch): proteindesign , beta-sandwich , beta-hairpin , peptide synthesis
Institut: Institut für Biologie 2
Fakultät: Fakultät für Biologie
DDC-Sachgruppe: Biowissenschaften, Biologie
Dokumentart: Dissertation
Erstgutachter: Haehnel, Wolfgang (Prof. Dr.)
Sprache: Deutsch
Tag der mündlichen Prüfung: 02.08.2007
Erstellungsjahr: 2007
Publikationsdatum: 24.10.2007
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