Untersuchung der molekularen Determinanten für Fructose-6-phosphat-Aldolasen und Transaldolasen

Abstract

Die eng verwandten Modellenzyme Transaldolase B (TalB) und Fructose-6-phosphat-Aldolase A (FSAA) von Escherichia coli sind C-C-Bindung-knüpfende Enzyme. Die Transferase TalB katalysiert die Übertragung einer Glyceryl-Einheit von D-Fructose-6-phosphat (D-F6P) auf D-Erythrose-4-phosphat wobei D-Sedoheptulose-7-phosphat (D-S7P) und D-Glycerinaldehyd-3-phosphat (D-GAP) entstehen. Für die Lyase FSAA ist die Additionsreaktion von D-GAP mit Dihydroxyaceton zu D-F6P namensgebend. Die beiden Enzyme sind sich sehr ähnlich, wobei der Austausch von einer Aminosäure zu Aldolaseaktivität in der TalB F178Y führt. Die molekularen Determinanten für die unterschiedlichen Reaktionstypen waren bis zum Beginn dieser Arbeit unklar. In FSAA ist das katalytische Wassermolekül im Aktiven Zentrum durch Wasserstoffbrücken an die Seitenketten von drei Resten (Gln59, Thr109 und Tyr131) gebunden, während in TalB nur zwei Seitenketten (Glu96 und Thr156) beteiligt sind. Die Doppelvariante TalB E96Q F178Y zeigte verbesserte Aldolaseaktivität. Nicht das Wasserstoffbrückennetzwerk des aktiven Wassermoleküls diskriminiert zwischen FSAA und TalB: Die Unterschiede im pKa-Wert des katalytischen Lys und des generellen Säure-Base-Katalysators, sowie die Substratbindung sind die Basis zur Differenzierung zwischen Lyase und Transferase. Der generelle Säure-Base-Katalysator Tyr in Kombination mit der Stereochemie am C4-Atom von D-T6P resultieren in der Inhibition von Enzymen mit F6P-Aldolaseaktivität. Beschrieben ist dies hier vorliegend in den Mechanismuspostulaten für die TalB, die FSAA und der Inhibition.