Evolution von Struktur und Funktion der Putrescin-N-methyltransferase

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Putrescin-N-methyltransferase (PMT) ist das erste spezifische Enzym für die Bildung von Nicotin und Tropanalkaloiden in Solanaceen. Seine Aminosäuresequenz ähnelt dem Primärstoffwechsel- Enzym Spermidinsynthase (SPDS), das vermutlich den evolutionären Vorläufer darstellt. Als Folge der Aminosäureänderungen im Lauf der Evolution ergaben sich zwei wesentliche Funktionsänderungen im Enzym: 1. als Cosubstrat verwendet SPDS decarboxyliertes S-Adenosylmethionin, während S-Adenosylmethionin der Methylgruppendonator für PMT ist; 2. SPDS bewerkstelligt den Transfer einer Aminopropylgruppe, PMT überträgt Methylgruppen. Ziel des Projekts ist zu verstehen, welche Aminosäureaustausche notwendig waren, um ausgehend von der Spermidinsynthase aus Datura stramonium die Entwicklung von Putrescin-N-methyltransferase zu ermöglichen. Der Vergleich der Aminosäuresequenzen von SPDS- und PMT-Enzymen und das Computermodelling zeigen, welche Aminosäuren für site directed mutagenesis ausgewählt werden können. Anschließend werden alle mutierten Enzyme einer detaillierten biochemischen Charakterisierung unterzogen, um so aufgrund der enzymatischen Eigenschaften Auskunft über mögliche evolutionären Stadien zu erhalten. Schließlich wird die PMT aus Datura stramonium gereinigt und kristallisiert, um mit Röntgenstrukturanalyse das aktive Zentrum darzustellen Nach neuen Erkenntnissen kommen Tropanalkaloide auch in Brassicaceen vor. Die Beteiligung von PMT an der Tropanalkaloidbiosynthese in Brassicaceen und ihre mögliche Abstammung von SPDS wird vergleichend zu Solanaceen untersucht.