Please use this identifier to cite or link to this item: http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-166
Main Title: De novo synthetisierte Proteine mit Metalloporphyrinkofaktoren
Translated Title: De novo synthesized proteins with metalloporphyrin cofactors
Author(s): Fahnenschmidt, Monika
Advisor(s): Lubitz, Wolfgang
Schlodder, Eberhardt
Granting Institution: Technische Universität Berlin, Fakultät II - Mathematik und Naturwissenschaften
Type: Doctoral Thesis
Language: German
Language Code: de
Abstract: Die Protein-de-novo-Synthese eröffnet vielfältige Möglichkeiten zur Konstruktion künstlicher Proteinmodelle, die sowohl hinsichtlich theoretischer Fragestellungen zur Faltung und Funktion natürlicher Proteine als auch für technische Anwendungen von großem Interesse sind. In dieser Arbeit wurden verschiedene de novo synthetisierte Proteine mit Metalloporphyrinkofaktoren hergestellt und untersucht. Dem Design dieser Polypeptidmodule liegt ein Vier-Helix-Bündel als Faltungsmotiv zu Grunde, dessen einfache und kompakte Struktur gute Vorausetzungen zur Untersuchung der Protein-Kofaktor-Wechselwirkung bietet. Zur Konstruktion der Polypeptidmodule wurden einzelne lineare Peptide, die in wäßriger Lösung amphiphile Helices ausbilden, mittels chemischer Festphasen-Peptid Synthese hergestellt und auf einem Trägermolekül zu einem Vier-Helix-Bündel angeordnet. In den hydrophoben Innenraum dieser Vier-Helix-Bündel konnten über Histidin-Seitengruppen Metalloporphyrinkofaktoren eingebunden werden. Durch den Einsatz unterschiedlicher Zentralmetallionen (Fe 3+ (Hämin), Co 3+ und Zn 2+ ) konnten verschiedene funktionelle Eigenschaften in die Vier-Helix-Bündel eingeführt werden. Dabei zeigte sich beispielsweise, daß das Redoxpotential des Häminkofaktors durch die Peptidumgebung beeinflußt werden kann. Durch den Einbau des Zink(II)porphyrins in ein Vier-Helix-Bündel wurde ein wichtiger Schritt zur Entwicklung künstlicher Proteinmodelle für die Photosynthese realisiert. An diesem System wurde der lichtinduzierte Elektronentransfer zu einem Chinon in Lösung gemessen. Ferner wurde im Rahmen dieser Arbeit eine Charakterisierungsmethode zur detaillierten Beschreibung der Kofaktoreinbindung in de novo synthetisierten Hämproteinen auf der Basis der EPR- und ENDOR-Spektroskopie ausgearbeitet. Der Spin-Zustand, die g-Tensorhauptwerte, die EPR-Linienbreiten und die Hyperfeinwechselwirkung der Histidinprotonen wurden als strukturelle Proben herangezogen, um die Geometrie der axialen Ligandierung des Kofaktors zu bestimmen. Mit Hilfe der EPR- und ENDOR-Spektroskopie wurden verschiedene de novo synthetisierte Hämproteine, die nach der Cytochrom b Untereinheit des Cytochrom bc 1 Komplexes modelliert wurden, untersucht. Dabei wurde festgestellt, daß das Designkonzept der Vier-Helix-Bündel die Einbausituation des Kofaktors maßgeblich beeinflußt. Die Faltung der Kofaktorbindungstasche in Templat-assoziierten synthetischen Proteinen unterschied sich dabei von der Kofaktoreinbindung in Vier-Helix-Bündeln, die auf der flexiblen Selbstassoziation einzelner helicaler Bausteine beruhen.
Protein de novo synthesis offers the opportunity to construct artificial protein models, which are of major interest to study protein folding and function and for technical applications. In this work a variety of de novo synthesized proteins with metalloporphyrin cofactors were synthesized and investigated. The design of these polypeptide modules is based on the structural motif of a four-helix bundle. Its simple but compact structure is well suited to study protein-cofactor-interactions. Linear peptides, which form amphiphilic helices in aqueous solution, were synthesized via solid phase peptide synthesis. These helical building blocks were then fixed on a template to obtain a four-helix bundle structure. In the hydrophobic core metalloporphyrin cofactors were incorporated via axial ligation with histidine side chains. Using different central metals (Fe 3+ (heme), Co 2+ and Zn 2+) a variety of functional properties were introduced into the polypeptide modules. It was shown, that the redox potential of the cofactor heme can be influenced by the peptide environment. The incorporation of Zn(II)porphyrin into a four-helix bundle was an important step towards artificial protein models for photosynthesis. The light induced electron transfer of this four-helix-bundle to quinone in solution was measured. Furthermore a characterization method based on EPR and ENDOR spectroscopy was established, which leads to a detailled discription of the cofactor binding in de novo synthesized heme proteins. The spin state, the g-tensor values, the EPR linewidth and the hyperfine interaction of the histidine protons were used as spectroscopic tools to characterize the geometry of the axial heme ligation. Different de novo synthesized heme proteins, which were modelled on the cytochrome b subunit of the cytochrome bc1 complex, were investigated with EPR and ENDOR spectroscopy. It was shown, that the design concept of the four-helix bundle has a major influence on the cofactor binding situation. The folding of the cofactor binding pocket is different in template-associated synthetic proteins compared to four-helix bundles, which are formed by the self-assembly of individual helical building blocks.
URI: urn:nbn:de:kobv:83-opus-685
http://depositonce.tu-berlin.de/handle/11303/463
http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-166
Exam Date: 14-Jul-2000
Issue Date: 28-Aug-2000
Date Available: 28-Aug-2000
DDC Class: 000 Informatik, Informationswissenschaft, allgemeine Werke
Subject(s): De-novo-Protein-Synthese
ENDOR-Spektroskopie
EPR-Spektroskopie
Hämproteine
Kofaktor-Protein-Wechselwirkung
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