Zur Zeit sind drei humane Vertreter der Kollagenasen besonders gut untersucht, nämlich Kollagenase-1, -2 und -3, die alle in der Lage sind, fibrilläres Kollagen (Kollagen I - III) abzubauen, obgleich mit unterschiedlicher Effizienz. Die interstitiellen Kollagenasen besitzen die Fähigkeit, Kollagen TypI an der spezifischen Position Gly-Leu/Ile zu spalten. Es entstehen dabei zwei Bruchstücke im Größenverhältnis ¼ und ¾. Die Spaltprodukte können dann von Proteasen, wie z.B. Gelatinasen und Serinproteasen, weiter zerlegt werden. Es ist gelungen, die vollständige rekombinante humane proMMP-1 zu kristallisieren und die Struktur bis zu einer Auflösung von 2.2 Å zu verfeinern. Sowohl die katalytische wie auch Hämopexin-ähnliche Domäne besitzt das klassische MMP-Faltungsmotiv, jedoch zeigen die Oberflächeloops neue Eigenschaften. Die Prodomäne zeigt ein typisches MMP-Faltungsmotiv, sie setzt sich aus einem Cluster von drei alfa-Helices zusammen und interagiert mit der Hämopexin-ähnlichen Domäne. Der Kontakt ist hauptsächlich hydrophober Natur und stabilisiert eine etwas kompaktere Anordnung der Domäne. In der hier vorliegenden Struktur konnte ein kristallographisches Dimer beobachten werden, welches hauptsächlich durch die PEX-Domäne vermittelt wird. Durch spontane Deamidierung, Isomerisierung und Racemisierung können L-Aspartyl- und L-Asparaginyl-Reste in Proteinen zu β-verknüpften Aspartaten umgewandelt werden. Um eine Ansammlung von Isoaspartyl-Dipeptiden, die während der Proteindegradation entstehen, zu vermeiden, haben einige Bakterien spezialisierte Isoaspartyl/β-Aspartyl Zinkpeptidasen entwickelt, die in begrenztem Rahmen auch α-Aspartyl-Dipeptide abbauen können. In der vorliegenden Arbeit wurde die Isoaspartyl Dipeptidase (IadA) aus E. coli kloniert, exprimiert und kristallisiert. Es ist gelungen, das Enzym in An- und Abwesenheit des Übergangszustandanalogons Aspψ[PO2CH2]LeuOH zu kristallisieren. Die Kristallstruktur von IadA wurde mit multipler anomaler Dispersion gelöst und bei 2,0 Å Auflösung verfeinert. Das Protein umfaßt zwei Domänen und besitzt eine multimere Form. Die Struktur zeigt ein Oktamer mit 422 Punktsymmetrie. Das Monomer der IadA bildet ein (α/β)8-barrel, das den katalytischen Domänen von TIM-barrel Enzymen ähnlich ist sowie eine seitlich angrenzende Domäne, die die Form eines U-förmigen β-sandwichs besitzt. An den C-terminalen Enden der β-Stränge des barrels befinden sich zwei Zinkionen, die durch vier Histidine, ein carbamoyliertes Lysin und ein Aspartat gebunden werden. Das Aspartat übernimmt zusätzlich die Rolle des proton-shuttles. Ein sehr langer hairpin-loop, der aus dem barrel herausragt, ist in der freien Struktur ungeordnet, in der inhibierten Struktur jedoch geordnet, was auf einen Zugangskontrollmechanismus schließen läßt. Zudem wird der Übergangszustand durch Interaktionen mit Ser289 des hairpin-loops stabilisiert. Die IadA zeigt eine starke Ähnlichkeit zu den α-Untereinheiten der Binickel-Ureasen, zu binuklearen Zink-Dihydroorotasen, zu Hydantoinasen und Phosphotriesterasen. PeptidaseV (PepV) aus Lactobacillus delbrueckii ist eine binukleare Zinkpeptidase, die früher als eine unspezifische Aminodipeptidase charakterisiert wurde. Das Protein konnte mit einem Mimetikum des tetraedrischen Übergangszustands des Substratdipeptids Asp-Ala (Aspψ[PO2CH2]AlaOH) kristallisiert werden. Es umfaßt zwei Domänen, eine katalytische und eine sogenannte Deckeldomäne, die mit ihren Grenzflächen eine interne Kavität bilden, die den Phosphinatinhibitor beinhaltet. Die katalytische Domäne ähnelt mit ihrem Faltungsmotiv den katalytischen Domänen verschiedener Amino- bzw. Carboxypeptidasen, während die Deckeldomäne unter den verwandten Strukturen einzigartig ist. PepV scheint eine unspezifische Dipeptidase zu sein, da sie nur das Peptidrückgrat erkennt und fixiert und eine eindeutige Präferenz für bestimmte Seitenketten nicht ersichtlich ist. Der Inhibitor-Komplex verdeutlicht zudem die Rollen der zwei Zinkionen, nämlich die Stabilisierung des tetraedrischen, geladenen Übergangszustands sowie die Aktivierung des katalytisch essentiellen Wassermoleküls. Die Vielfalt an biochemischen Reaktionen, die innerhalb der Aminoacylase-1 Familie ausgeführt werden, unterstützt die Feststellung, daß es im wesentlichen die Beschaffenheit der Substratbindungstasche ist, die die Spezifität der Reaktion bestimmt. Die Kristallstruktur von PepV im Komplex mit einem Phosphinatinhibitor ermöglicht somit definierte Mutationsstudien, durch die die genaue Substratspezifität analysiert bzw. gezielt.
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Zur Zeit sind drei humane Vertreter der Kollagenasen besonders gut untersucht, nämlich Kollagenase-1, -2 und -3, die alle in der Lage sind, fibrilläres Kollagen (Kollagen I - III) abzubauen, obgleich mit unterschiedlicher Effizienz. Die interstitiellen Kollagenasen besitzen die Fähigkeit, Kollagen TypI an der spezifischen Position Gly-Leu/Ile zu spalten. Es entstehen dabei zwei Bruchstücke im Größenverhältnis ¼ und ¾. Die Spaltprodukte können dann von Proteasen, wie z.B. Gelatinasen und Serinpro...
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