Elektrostatik/ Dynamik von Glycosidasen im Reaktionsverlauf

Zusammenfassung: Die geplanten Untersuchungen sollen das Verständnis der Wirkungsweise Zucker spaltender Enzyme (Glykosidasen) vertiefen und die Grundlage für maßgeschneiderte Enzyme für biotechnologische Anwendungen und zur Synthese von Medikamenten liefern. Kurzfassung: Zellulose und verwandte polymere Zucker machen einen Großteil der Biomasse aus. Daraus ergibt sich ein enormes Potential für Glykosidasen, die bereits Anwendung in der Nahrungs- und Kraftstoffproduktion oder in der Papierverarbeitung finden. Kohlenhydrate spielen auch im menschlichen Körper eine zentrale Rolle. Glykosidasen sind in lebenswichtigen Vorgängen wie Stoffwechsel, Immunabwehr oder Gestaltung der Zelloberfäche maßgeblich beteiligt. Sie sind häufig Ursache von Krankheiten, so ist etwa die Unverträglichkeit von Milch auf das Fehlen einer Glykosidase, die den Milchzucker abbaut, zurückzuführen. Auch bei Influenza, Diabetes, AIDS und Krebs sind Glykosidasen involviert und bieten so mögliche Angriffspunkte für Medikamente. Um diese Enzyme für die genannten Anwendungen besser zugänglich zu machen, ist es hilfreich zu verstehen, wie sie an Zucker binden und deren Spaltung katalysieren. Dabei spielen Wechselwirkungen zwischen geladenen Gruppen eine zentrale Rolle. Hauptziel meiner Studien ist es, die Bedeutung dieser Wechselwirkungen auf Struktur und Beweglichkeit von Enzym und Zucker im Verlauf der Katalyse zu verstehen. Als Model für meine Untersuchungen dient mir eine Glykosidase aus Bacillus circulans (Bcx). Um die funktionell wichtigen Faktoren im Enzym zu finden, werde ich parallel verschiedene Teile des Enzyms verändern und die Enzymaktivitäten messen. Mit spektroskopischen Methoden werde ich pKa-Werte von geladenen Gruppen sowie Struktur und Dynamik des Enzyms und dessen Varianten bestimmen. Der Vergleich von Bcx mit verwandten Enzymen aus Organismen, die unter extrem sauren oder basischen Bedingungen wachsen, soll zusätzlich Aufschluss über die Funktion geladener Gruppen im Enzym geben.