03 Fakultät Chemie
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Item Open Access Die Lipase Engineering Database : systematische Analyse familienspezifischer Eigenschaften und der Sequenz-Struktur-Funktionsbeziehung von alpha/beta-Hydrolasen(2004) Fischer, Markus; Schmid, Rolf D. (Prof. Dr.)Im Rahmen dieser Arbeit wurde die Familie der alpha/beta-Hydrolasen systematisch untersucht. Grundlage dieser Analyse war die Entwicklung eines Data Warehouse Systems zur Integration von Proteinsequenz- und Strukturdaten in Verbindung mit funktionell relevanten Informationen für große Proteinfamilien. Als Anwendung dieses Data Warehouse Systems wurde die Lipase Engineering Database (LED) erstellt, die alle Mitglieder der alpha/beta-Hydrolasen enthält. Das Release 2.3 der LED enthält 3148 Sequenzeinträge für 2313 Proteine, wobei 35% der Proteine als putativ definiert sind. Für 96 Proteineinträge sind 261 Struktureinträge in der LED abgelegt. Aufgrund der Sequenzähnlichkeit wurden die alpha/beta-Hydrolasen in 37 Superfamilien und 103 homologe Familien eingeteilt. Die LED diente zur systematischen Identifikation familienspezifischer Deskriptoren auf Sequenz- und Strukturebene. Die Bestimmung streng konservierter Positionen für acht repräsentative alpha/beta-Hydrolasesuperfamilien half bei der Identifikation des Faltungsnukleus, der den alpha/beta-Hydrolase Fold charakterisiert. Daraus konnte ein Modell für die Faltung dieser Proteine skizziert werden. Anhand der Architektur des funktionell wichtigen oxyanion holes konnten diese in drei Klassen eingeteilt werden: (1) die GGGX Klasse, für die die oxyanion hole bildende Aminosäure am C-terminalen Ende des hoch konservierten Musters GGG lokalisiert ist und von einer streng konservierten, hydrophoben Aminosäure X gefolgt wird, (2) die GX Klasse, für die die oxyanion hole Aminosäure X einem streng konserviertem Glycin folgt und (3) die Y Klasse deren oxyanion hole durch die Hydroxylgruppe eines streng konservierten Tyrosin gebildet wird. Für die strukturelle Stabilisierung des oxyanion holes der GX Klasse wurde die Wechselwirkung der Seitenkette X mit Anker Aminosäuren identifiziert. Dieses Anker-Konzept konnte experimentell durch den Austausch des Anker-Moduls in der Lipase aus Burkholderia cepacia gegen das der Lipase aus Rhizomucor miehei bestätigt werden. Die Form und die physikalisch-chemischen Eigenschaften der Fettsäurebindungsstelle von acht alpha/beta-Hydrolasen wurden untersucht, um deren Substratspezifität auf molekularer Ebene nachzuvollziehen. Diese konnten so in vier Gruppen eingeteilt werden und half bei der Identifikation von Aminosäuren, die für die Vermittlung der Substratkettenlängenspezifität verantwortlich sind. Für die Superfamilie der Carboxylesterasen wurden mit der in CODEHOP implementierten Methode degenerierte familienspezifischen Primer erstellt, die sich zur Identifikation neuer Carboxylesterasen in aus Bodenproben isolierter DNA eignen.