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Bitte beziehen Sie sich beim Zitieren dieses Dokumentes immer auf folgende
URN: urn:nbn:de:bsz:25-opus-81745
URL: http://www.freidok.uni-freiburg.de/volltexte/8174/


Lukat, Peer

Structural investigations on the Fe(II)/α-ketoglutarate dependent dioxygenase PlaO1 from Streptomyces sp. Tü6071

Strukturelle Studien an der Eisen(II)/α-Ketoglutarat-abhängigen Dioxygenase PlaO1 aus Streptomyces sp. Tü6071

Dokument1.pdf (10.792 KB) (md5sum: de09186147d539984315e06d8701ae94)

Kurzfassung in Englisch

Phenalinolactones are highly modified Terpenes, produced by Streptomyces sp. Tü6071. Their complex synthesis is not only of biosynthetic interest, they also show moderate antibiotic activity, what makes them a subject of ongoing research. A striking feature of the phenalinolactones is their highly oxidized γ-butyrolactone moiety, which is most likely the active part of these molecules. The Fe(II)/α-ketoglutarate dependent dioxygenase PlaO1 has been assigned to carry out this reaction. This enzyme is of particular interest, as the formation of the γ-butyrolactone ring has to involve an oxidative cyclization and a rearrangement reaction.
In the course of this thesis, PlaO1 has been overexpressed heterologously, purified in high amounts and crystallized using microseeding-techniques. The crystal structures of PlaO1 in complex with iron, iron and α-ketoglutarate and succinate have been determined. In addition, substrate docking simulations have been carried out for the PlaO1 structure with a model of the mostly insoluble main substrate.
It could be shown that the structure of PlaO1 highly resembles the two known crystal structures of Fe(II)/α-ketoglutarate dependent enzymes of the TauD/TdfA family, although the substrate and reaction of PlaO1 differs significantly from the substrates and reactions of these related enzymes. Analysis of the docking results allowed identification of certain residues as putative binding partners for the substrate and to draw conclusions on possible binding-modes for the substrate, which could be compared to hypotheses for the reaction mechanism of PlaO1.


Kurzfassung in Deutsch

Phenalinolactone sind hochgradig modifizierte Terpene und werden von Streptomyces sp. Tü6071 produziert. Da deren komplexe Synthese nicht nur biosynthetisch interessant ist, sondern sie auch moderate antibiotische Aktivität aufweisen sind sie Gegenstand aktueller Forschung. Ein herausragendes Merkmal der Phenalinolactone ist der hochgradig oxidierte γ-Butyrolacton-Rest, welcher vermutlich den aktiven Teil dieser Moleküle darstellt.
Als verantwortlich für die Synthese dieses Restes wurde die Fe(II)/α-ketoglutaratabhängige Dioxygenase PlaO1 identifiziert. Dieses Enzym ist insofern interessant, als die Bildung des γ-Butyrolactons eine oxidative Zyklisierung und eine Umlagerungsreaktion umfassen muss.
Im Verlauf dieser Arbeit konnte PlaO1 in großen Mengen heterolog überexprimiert und aufgereinigt werden und mit Hilfe von Microseeding-Techniken kristallisiert werden. Die Kristallstrukturen für PlaO1 im Komplex mit Eisen, mit Eisen und α-Ketoglutarat sowie mit Succinat konnten bestimmt werden. Des Weiteren wurden für die PlaO1-Struktur Docking-Simulationen mit einem Modell des schwer löslichen Hauptsubstrates durchgeführt.
Es konnte gezeigt werden, dass die Kristallstruktur von PlaO1 große Ähnlichkeit mit den beiden bekannten Strukturen von Fe(II)/α-ketoglutaratabhängigen Dioxygenasen aus der TauD/TdfA-Familie aufweist, obwohl sich das Substrat von PlaO1 und die katalysierte Reaktion deutlich von den Substraten und Reaktionen der verwandten Enzyme unterscheiden. Durch die Auswertung der Docking-Ergebnisse konnten bestimmte Aminosäuren als mögliche Bindungspartner für das Substrat identifiziert werden und Rückschlüsse auf die Substratbindung gezogen und mit Hypothesen für die PlaO1-Reaktion verglichen werden.


SWD-Schlagwörter: Kristallstruktur
Freie Schlagwörter (deutsch): Dioxygenase , Fe(II)/Alpha-Ketoglutarat-abhängig , Phenalinolactone , PL CD6 , Streptomyces sp. Tü6071
Freie Schlagwörter (englisch): Dioxygenase , Fe(II)/alpha-ketoglutarate dependent , phenalinolactones , PL CD6 , Streptomyces Tü6071
Institut: Institut für Organische Chemie und Biochemie
Fakultät: Fakultät für Chemie, Pharmazie und Geowissenschaften
DDC-Sachgruppe: Chemie
Dokumentart: Dissertation
Erstgutachter: Einsle, Oliver (Prof. Dr.)
Sprache: Englisch
Tag der mündlichen Prüfung: 22.03.2011
Erstellungsjahr: 2011
Publikationsdatum: 25.07.2011
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