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Acylierung und physikochemische Charakterisierung von Ackerbohnen-Legumin
Knopfe, Constanze
Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurden, zur Vertiefung der Kenntnisse über den Zu-sammenhang zwischen Struktur und Funktionalität pflanzlicher Speicherproteine, chemische Modifizierungen am Hauptspeicherprotein der Ackerbohne ("Legumin") durchgeführt. Die Wirkung einer stufenweisen Acetylierung und Succinylierung auf die Struktur dieses 11 S-Globulins mit einer relativen Molekularmasse von 350 000 g/mol wurde untersucht. Strukturveränderungen der acylierten Derivate und die Änderung ihrer physiko-chemischen Eigenschaften wurden mit Hilfe von hydrodynamischen, chromatographi-schen, spektroskopischen sowie thermodynamischen Methoden charakterisiert. Die Acylierung erfolgt vorrangig an den e-Aminogruppen der Lysinreste und nach deren weitgehender Modifizierung (> 95 % N-Succinylierung; > 60 % N-Acetylierung) auch an den Hydroxylgruppen enthaltenden Aminosäuren Serin, Threonin und Tyrosin. Daneben wurde nachgewiesen, daß in erschöpfend acetyliertem oder succinyliertem Legumin 50 % der Tyrosinreste acyliert vorliegen, wobei O-Succinyl-Tyrosin spontan desuccinyliert wird. Die zunehmende Succinylierung (Einfuhr negativ geladener hydrophiler Reste) führt zur stufenweisen Dissoziation des aus 6 polymorphen Untereinheiten aufgebauten Leguminmoleküls nach dem Schema: Hexamer zu Trimer und Monomer zu Monomer. Mittels analytischer Ultrazentrifugation wurden maximale Mengen der trimeren 7 S-Komponente nach 60 - 80 % Succinylierung nachgewiesen. Nach einer Blockierung von 95 % der Aminogruppen liegen ausschließlich die monomeren Untereinheiten des Legumins vor. Hingegen bewirkt die Acetylierung (Einfuhr neutraler hydrophober Reste) nur bei ho-hem Modifizierungsgraden eine teilweise Dissoziation in die monomeren Untereinheiten, während als Hauptprodukt Assoziate mit der doppelten bis sechsfachen Molekularmasse des nativen Legumins auftreten, deren Bildung im Zusammenhang mit der beträchtlich erhöhten Oberflächenhydrophobizität der acetylierten Polypeptidketten steht. UV- und fluoreszenzspektroskopische Untersuchungen weisen stärkere Veränderungen der Tertiärstruktur des Legumins nach Acetylierung als nach Succinylierung aus. Aus viskosimetrischen und mikrokalorimetrischen Messungen kann jedoch auf das Vorliegen einer kompakteren Struktur der (hoch)acetylierten Legumine geschlossen werden. Die untersuchten physikochemischen Eigenschaften 60-80 % succinylierter Leguminproben weisen auf einen strukturellen Zustand hin, der sich sowohl von der kompakten globulären Kon-formation des nativen Proteins als auch von der expandierten Struktur des erschöpfend succinylierten Legumins unterscheidet. Für derartige Modifikate werden optimale grenzflächenfunktionelle Eigenschaften diskutiert. Aus der Kombination der in hydrodynamischen Untersuchungen erhaltenen Daten konnten Informationen über die Form der acylierten Moleküle abgeleitet werden. Die Kompaktheit succinylierter Moleküle verringert sich zwischen 60 und 80 % N-Succinylierung, doch erst nach einsetzender Succinylierung der Hydroxylgruppen wird eine drastische molekulare nachgewiesen. Durch das Einführen von Acetylgruppen verringert sich die Kompaktheit des globulären Moleküls nur wenig. Es handelt sich um ein relativ kompaktes, nahezu sphärisches Molekül. Für die höheren Assoziate wurde eine annähernd globuläre Struktur mit geringer Molekülkompaktheit abgeleitet.
