Chemische Vorgänge bei der Phosphathydrolyse in Enzymen
Die Phosphatesterhydrolyse ist eine wichtige biochemische Reaktion und spielt beim Zusammenbau von Nukleinsäuren, Energiespeicherung und Signalgebung eine zentrale Rolle. Allerdings ist die Reaktion komplex, sodass die mechanistischen Details der Phosphatesterspaltung noch kaum geklärt sind und auch über mögliche Reaktionsmechanismen diskutiert wird. Das EU-finanzierte Projekt PHOSPHOENZYMQMMM (Phosphate processing in enzymes: structure, dynamics and chemistry) führte daher umfangreiche Strukturanalysen an verfügbaren kristallographischen Strukturen aus der Proteindatenbank (PDB) durch, um konservierte Argininreste bei NTP-Hydrolyseenzymen zu identifizierten. Dabei entdeckten die Wissenschaftler konservierte Argininreste, die im Reaktionsmechanismus von dUTPase-Enzymen eine Schlüsselrolle spielen. Analysen von Wildtyp- und Mutantenenzymen mittels Röntgenstrukturbestimmung, biochemischen Experimenten und rechnerischen Modellen lieferten Aufschluss über die Rolle von Argininfingern, die während der Katalyse an Gamma-Phosphat binden, was beim Enzym Pyrophosphatase erstmals nachgewiesen wurde. Insgesamt untersuchte das Konsortium mehrere katalytische Phosphatenzyme, darunter dUTPasen und HIV-Reverse-Transkriptasen (RT). Auch wurde ein neuer Mechanismus des Protonentransfers durch ein konserviertes Histidin identifiziert und gezeigt, dass die Bindung neuer Inhibitoren an diese alternativen Taschen die für die virale Replikation wichtige Aktivität der RNase H von HIV-RT beeinflussen kann. Die Ergebnisse des Projekts lieferten nicht nur neue Erkenntnisse zur Spaltung der Phosphor-Sauerstoff-Bindung, sondern sind vor allem klinisch von Bedeutung. Da die Phosphat-Hydrolyse durch das HIV-RT-Enzym katalysiert wird, können Informationen über die chemischen Abläufe dieser Funktion helfen, Resistenzen antiretroviraler Therapien durch neue Medikamente zu umgehen, die auf alternative Bindungsstellen abzielen.
Schlüsselbegriffe
Enzym, Phosphatesterhydrolyse, PHOSPHOENZYMQMMM, dUTPase, HIV RT
