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Original title:
Structural Requirements for Activation and Membrane Binding of Human µ-Calpain 
Translated title:
Strukturelle Anforderungen für die Aktivierung und Membranbindung vom Humanen µ-Calpain 
Year:
2004 
Document type:
Dissertation 
Institution:
Fakultät Wissenschaftszentrum Weihenstephan 
Advisor:
Machleidt, W. (Prof. Dr.); Skerra, A. (Prof. Dr.) 
Referee:
Machleidt, W. (Prof. Dr.); Skerra, A. (Prof. Dr.) 
Format:
Text 
Language:
en 
Subject group:
CHE Chemie 
Keywords:
calpain; calcium-dependent protease; activation mechanism; electrostatic interactions; conformational changes; membrane binding 
Translated keywords:
Calpain; Calcium-abhängige Protease; Aktivierungsmechanismus; elektrostatische Wechselwirkungen; Konformationsänderungen; Membranbindung 
TUM classification:
CHE 832d; CHE 887d 
Abstract:
Calpains are cysteine proteases showing a unique dependency on Ca2+ for activity. The µ- and m- isoforms are activated in vitro by micro- and millimolar Ca2+ concentrations, respectively. Based on the crystal structure of m-calpain, a negatively charged loop in domain III was proposed to be a Ca2+-sensitive switch regulating activation through electrostatic interactions with the catalytic domain and with cellular membranes. In order to study the role of this structural motif, several acidic residues of the loop were substituted by alanine in µ-calpain. Ca2+-dependent activation and membrane binding properties of the mutants were determined by means of enzyme kinetic, fluorescence- and SPR-spectroscopy measurements. Concomitantly, the effect of domain V autoproteolysis on both events was investigated. Based on these studies, a model for activation and membrane binding of calpain was proposed. 
Translated abstract:
Calpaine sind Cysteinproteasen, deren Aktivität Ca2+-abhängig ist. Die µ- und m-Isoformen, werden in vitro durch mikro- bzw. millimolare Ca2+-Konzentrationen aktiviert. Eine negativ geladene Schleife in der Domäne III wurde anhand der Kristallstruktur des m-Calpain als Ca2+-empfindlicher Schalter vorgeschlagen, der durch elektrostatische Wechselwirkungen mit der katalytischen Domäne sowie mit der Zellmembran die Aktivierung regulieren könnte. Um die Rolle dieses Strukturmotivs zu untersuchen, wurden mehrere Mutanten des µ-Calpains gentechnisch hergestellt, in denen saure Aminosäuren der Schleife durch Alanin ersetzt waren. Ihr Ca2+-abhängiges Aktivierungs- und Membranbindungsverhalten wurde anhand der Enzymkinetik sowie mittels Fluoreszenz- und SPR-Spektroskopie bestimmt. Parallel dazu wurde untersucht, wie die Autoproteolyse der Domäne V diese beiden Phänomene beeinflusst. Darauf basierend wird ein Modell für die Aktivierung und Membranbindung der Calpaine vorgeschlagen. 
Publication :
Universitätsbibliothek der TU München 
Oral examination:
18.11.2004 
Controlled terms:
Calpaine Aktivierung Chemische Bindung Membran 
File size:
8010807 bytes 
Pages:
192 
Last change:
13.03.2006