Design und chemische Synthese von Häm- und Chlorophyll-bindenden Vier-Helix-Bündel-Proteinen

Zur de novo Synthese von Proteinen werden Peptid-Fragmente definierter Sekundärstrukturen verknüpft. Eine erfolgreiche Strategie basiert auf dem TASP-Konzept (Template Assembled Synthetic Protein), bei dem Vier-Helix-Bündel durch Kopplung von helikalen Peptiden auf ein solides Templat-Molekül dargestellt werden. Zu deren Funktionalisierung können Metall-Kofaktoren, z.B. Häm, in den hydrophoben Kernbereich eingelagert werden. Diese Strategie wurde zu einer kombinatorischen Festphasensynthese weiterentwickelt, bei der einige Sätze von Peptiden unterschiedlicher Aminosäurezusammensetzung permutativ miteinander kombi-niert werden. Das ermöglicht beispielsweise die Synthese von 1000 Proteinen aus drei Sätzen à 10 Helices in verhältnismäßig kurzer Zeit, welche auf bestimmte Eigenschaften, z.B. Stabi-lität der Kofaktorbindung untersucht werden können. Computer-unterstütztes Design anhand von Struktur-Modellen half bei der Vorauswahl der Peptidsequenzen. Es wurden drei Biblio-theken unterschiedlicher Proteine hergestellt. Ein Ansatz diente der Suche nach Vier-Helix-Bündeln zur Bindung von Chl-Derivaten im hydrophoben Kern. Die beiden anderen Biblio-theken wurden hinsichtlich der axialen Koordination von Häm-Eisen an einen His- bzw. einen Cys-Rest im hydrophoben Bereich der Proteine untersucht, um die Häm-Bindung von Sauer-stoff-aktivierenden Enzymen (Oxidasen bzw. Cytochromen P450) nachzustellen. Absorpti-onsspektroskopische Untersuchungen der Protein-Bibliotheken ermöglichten Analysen der Einflüsse einzelner Aminosäure-Reste auf Kofaktor-Bindung und -Eigenschaften. Eine we-sentliche Neuentwicklung war das Screening von Absorptions-Kinetiken an Membran-gebundenen Proteinen, was den Weg zur Entwicklung synthetischer Enzyme ebnet. In allen drei Ansätzen wurden Proteine detektiert, die sich durch stabile Bindung der Kofaktoren im hydrophoben Bereich auszeichneten.

Author dc:creator

• Monien, Bernhard

Contributors dc:contributor

• Haehnel, Wolfgang

• Vier-Helix-Bündel
• four-helix bundle
• heme
• combinatorial proteindesign

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