Riboflavin (Vitamin B2) dient als Vorläufer-Metabolit für Flavinmononukleotid (FMN) und Flavinadenindinucleotid (FAD), welche als Cofaktoren verschiedener Oxido-reduktasen fungieren und unabdingbar in jeder lebenden Zelle benötigt werden. Riboflavin-Synthase katalysiert den terminalen Schritt in der Vitamin B2-Biosynthese. In dieser, seit über 40 Jahren erforschten und immer noch nicht vollständig verstandenen, komplexen Dismutationsreaktion dient ein Lumazinmolekül (6,7-Dimethyl-8-(1/-D-Ribityl)-lumazin) als Donor einer C4-Kohlenstoffeinheit gegenüber einem zweiten Lumazinmolekül. Hierbei entsteht Riboflavin und ein Pyrimidindion-Derivat, welches von der metabolisch in der Stoffwechsel-Kaskade eins weiter oben stehenden Lumazin-Synthase wieder recycelt werden kann. In den letzten Jahren konnte gezeigt werden, daß die Riboflavin-Synthasen aus Hefen und Bakterien als Trimere in wäßriger Lösung vorliegen. Kristallographische Studien sowie Modelling-Studien legen nahe, daß diese Riboflavin-Synthasen als asymmetrische Trimere aufgefaßt werden können, und folglich immer nur ein katalytisches Zentrum des Trimers zu einem Zeitpunkt kompetent ist, die Reaktion zu katalysieren. Im Detail wurde vorgeschlagen, daß trimere Riboflavin-Synthasen umfangreiche Konformationsänderungen vollführen können, mit dem Resultat, daß das aktive Zentrum zwischen benachbarten Monomeren temporär eine pseudo-C2-Symmetrie ausbildet. Nach diesem Modell erfolgt die Übertragung einer C4-Kohlen¬stoffeinheit des Substrates, gebunden an der C-terminalen Domäne des einen Monomers, auf die N-terminale Domäne des dort befindlichen Substrates des benachbarten Monomers. In der hier vorliegenden Kristallstruktur konnte einerseits gezeigt werden, daß archaeale Riboflavin-Synthasen - im Gegensatz zu den bisher bekannten (trimeren) Riboflavin-Synthasen - Homo-Pentamere darstellen, und andererseits, daß die Vitamin-B2-Biosynthese in einer rigiden asymmetrischen Kavität erfolgt, welche von zwei benachbarten Monomeren des Pentamers generiert wird. In der Komplexstruktur mit dem Substratanalogon liegen die beiden Moleküle in antiparalleler Orientierung und endo-Konformation zueinander vor, welches hauptsächlich durch ein Netzwerk von H-Brückenbindungen gewährleistet wird. Mit den Ergebnissen dieser Studie kann gezeigt werden, daß das Faltungsmuster gänzlich verschieden im Vergleich zu trimeren Riboflavin-Synthasen ist. Im wesentlichen entspricht das Faltungsmuster der dreidimensionalen Struktur der metabolisch in der Vitamin B2 Stoffwechselkaskade eins weiter oben stehenden Lumazin-Synthase. Diese weitgehend strukturelle Homologie erlaubt es uns, neue Hypothesen über die Evolution und Ursprung dieses Stoffwechselweges zu machen. Darüber hinaus können die verschiedenen - allesamt hypothetischen - Reaktionsmechanismen aufgrund der Topologie der Komplexstruktur in einer Art und Weise diskutiert werden, wie es bisher nicht möglich war; im Detail auch eine Reaktionssequenz, welche im ersten Schritt eine Diels-Alder-Reaktion darstellt. Die Geometrie der Komplexstruktur läßt den Diels-Alderase-Mechanismus als attraktives Modell erscheinen. Das Modell der Positionierung des pentacyclischen Reaktionsintermediats belegt, daß es nach Kenntnisstand der erste Präzedenzfall eines Enzyms (pentamere und trimere Riboflavin-Synthase) darstellt, daß mit zwei unterschiedlichen Faltungsmustern via zwei stereochemisch unterschiedlichen Intermediaten eine Reaktion im Stoffwechsel katalysiert. Diese Resultate, bezüglich des jetzt möglichen Vergleichs der unterschiedlichen Kavitäten von Lumazin- und Riboflavin-Synthasen, sowie die jetzt mögliche Neubewertung der allesamt hypothetischen Reaktionsmechanismen, könnten von richtungsweisender Bedeutung für die Entwicklung neuer Inhibitoren sein. Es ist zu hoffen, daß diese Ergebnisse eine Hilfestellung - obgleich es sich hier um eine archaeale Riboflavin-Synthase handelt - bieten, um die Entwicklung von Agentien gegen Lumazin- und Riboflavin-Synthasen aus pathogenen Organismen aus dieser Perspektive neu zu evaluieren.
«
Riboflavin (Vitamin B2) dient als Vorläufer-Metabolit für Flavinmononukleotid (FMN) und Flavinadenindinucleotid (FAD), welche als Cofaktoren verschiedener Oxido-reduktasen fungieren und unabdingbar in jeder lebenden Zelle benötigt werden. Riboflavin-Synthase katalysiert den terminalen Schritt in der Vitamin B2-Biosynthese. In dieser, seit über 40 Jahren erforschten und immer noch nicht vollständig verstandenen, komplexen Dismutationsreaktion dient ein Lumazinmolekül (6,7-Dimethyl-8-(1/-D-Ribityl...
»
Login
BibTeX