Untersuchungen von Struktur-Funktions-Beziehungen an nativen und künstlichen dinuklearen Metallenzymen

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Gegenstand der Untersuchungen sind dinukleare Metallcluster in der Katalyse von Hydrolysereaktionen in biologischen Systemen. Im Rahmen dieses Projekts werden die 5'-Nukleotidase und die Aminopeptidase A (AepA) aus E. coli untersucht. Beide Enzyme stehen dabei als prototypische Vertreter für eine große Gruppe von Phosphatasen und Peptidasen mit vielfältigen biologischen Funktionen. Die Raumstrukturen beider Enzyme konnten im vergangenen Antragszeitraum aufgeklärt werden. Durch die Kombination von kristallographischen und biochemisch-molekularbiologischen Untersuchungsmethoden soll die katalytische Wirkungsweise der Metallohydrolasen und die Funktionalisierung der Metallzentren durch die Liganden charakterisiert werden. Neben dem Erkenntnisgewinn zur Funktionsweise von Metalloenzymen dienen diese Arbeiten auch als Grundlage für das de novo Design hydrolytischer Zentren in Enzymen und in biomimetischen Katalysatoren, z.B. für künstliche metallhaltige Nukleasen in der AntisenseGentherapie.Die Bestimmung von Strukturen mit zur Reaktionskoordinate analogen Verbindungen (Substrate, Produkte und Inhibitoren) werden zusammen mit enzymkinetischen und spektroskopischen Methoden zur Analyse des Reaktionsmechanismus eingesetzt. Die Charakterisierung der Domänenbewegung der 5'-Nukleotidase verspricht Erkenntnisse auf dem Gebiet der Proteindynamik.