Computer simulation of the molecular mechanism of processivity in sugar-degrading enzymes

• Applicant: Professor Dr. Berend de Groot
• Subject Area: Biophysics
• Term: from 2003 to 2007
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 5410758

Prozessivität spielt eine wichtige Rolle in der gesamten Natur, viele Enzyme die Biopolymere synthetisieren, abbauen oder modifizieren verwenden diesen Mechanismus. Prozessive Enzyme erhöhen vermutlich ihre Effizienz dadurch, dass sie zwischen mehrerer Katalysezyklen an ihre polymere Substrate gebunden bleiben. Jüngst aufgeklärte Strukturen haben zwar erste Hinweise über den Prozessivitätsmechanismus mehrerer Proteine geliefert, aber atomare Details vor allem über die Substrat-Gleitphase zwischen sukzessiven Katalysezyklen sind nach wie vor größtenteils unbekannt. In diesem Projekt soll der mikroskopischen Prozessivitätsmechanismus des prototypischen prozessiven Enzyms Hyaluronat Lyase aufgeklärt werden. Hyaluronate Lyase ist ein Enzym, das Glycan abbaut, und von dem jetzt erstmals hoch aufgelöste Strukturen zweier Spezies -- sowohl von der apo-Form als auch von einem Substrat-gebundenen Komplex -- aufgeklärt werdem konnten. Wir werden Molekulardynamik Simulationen einsetzen, um einen kompletten prozessiven Reaktions-Zyklus zu studieren, einschließlich der Verlagerung des Substrats um einen Disaccharidsabstand. Die zentrale Frage ist dabei, wie das Enzym einerseits während der Katalyse das Substrat stark und spezifisch bindet, andererseits aber nur schwach und unspezifisch während der Gleitphase. Das Projekt beinhaltet eine enge Zusammenarbeit mit der Arbeitsgruppe von Dr. Mark M. Jedrzejas, einem Experten in der Biochemie und Röntgenstrukturanalyse von Hyaluronat Lyase. Sein Beitrag wird die experimentelle Validierung von und Feedback zu den Simulationsergebnissen sein.

• DFG Programme: Research Grants