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X-ray crystallographic studies on bacterial proteins involved in active membrane transport : MalFGK2, MalE, ProX, and AcrB

X-ray crystallographic studies on bacterial proteins involved in active membrane transport : MalFGK2, MalE, ProX, and AcrB

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Prüfsumme: MD5:67eef0043766262a6564188786325378

SCHIEFNER, André, 2004. X-ray crystallographic studies on bacterial proteins involved in active membrane transport : MalFGK2, MalE, ProX, and AcrB

@phdthesis{Schiefner2004X-ray-8707, title={X-ray crystallographic studies on bacterial proteins involved in active membrane transport : MalFGK2, MalE, ProX, and AcrB}, year={2004}, author={Schiefner, André}, address={Konstanz}, school={Universität Konstanz} }

<rdf:RDF xmlns:rdf="http://www.w3.org/1999/02/22-rdf-syntax-ns#" xmlns:bibo="http://purl.org/ontology/bibo/" xmlns:dc="http://purl.org/dc/elements/1.1/" xmlns:dcterms="http://purl.org/dc/terms/" xmlns:xsd="http://www.w3.org/2001/XMLSchema#" > <rdf:Description rdf:about="https://kops.uni-konstanz.de/rdf/resource/123456789/8707"> <dcterms:title>X-ray crystallographic studies on bacterial proteins involved in active membrane transport : MalFGK2, MalE, ProX, and AcrB</dcterms:title> <dcterms:issued>2004</dcterms:issued> <dc:contributor>Schiefner, André</dc:contributor> <dc:language>eng</dc:language> <bibo:uri rdf:resource="http://kops.uni-konstanz.de/handle/123456789/8707"/> <dcterms:rights rdf:resource="http://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:bsz:352-20140905103416863-3868037-7"/> <dc:rights>deposit-license</dc:rights> <dc:creator>Schiefner, André</dc:creator> <dcterms:abstract xml:lang="deu">Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurden die Strukturen von verschiedenen Proteinen bestimmt, die am aktiven Transport über bakterielle Membranen beteiligt sind. Bei der Mehrzahl dieser Proteine handelt es sich um Teile von bindeprotein-abhängigen ABC importern. Ein weiteres ist ein Exporter, der an der Resistenzbildung von Bakterien gegen Antibiotika beteiligt ist. ABC transporter stellen die größte Familie homologer Transportproteine dar. Bislang wurden Vertreter dieser Familie in allen näher untersuchten Organismen gefunden. Es ist daher von allgemeinem Interesse, wie diese Transportsysteme funktionieren. Trotz großer Fortschritte auf diesem Gebiet, innerhalb der letzten Jahre, ist der genaue Transportmechanismus noch nicht aufgeklärt. Der erste Teil der Arbeit war auf die Bestimmung der Struktur eines intakten binde-protein-abhängigen ABC transporters gerichtet. Hierfür wurde der Trehalose/Maltose transporter MalFGK2 aus dem hyperthermophilen Archaeon Thermococcus litoralis ausgewählt. Dieser zeichnet sich gegenüber seinem gut studierten Homologen MalFGK2 aus Escherichia coli dadurch aus, dass er bei 85 °C sein Aktivitätsoptimum hat. Erwartungsgemäß sind solche Proteine oder Komplexe bei Raumtemperatur weniger flexibel, wodurch sie sich eher für Kristallisationsversuche eignen. Die besten Kristalle, die innerhalb der Doktorarbeit erhalten wurden, beugten nur bis 5 A, was nicht ausreicht um eine atomare Struktur zu berechnen. Desweiteren wurden im Rahmen dieser Arbeit die atomaren Strukturen von drei Bindeproteinen aus drei verschiedenen Organismen aufgeklärt. In diesem Zusammenhang konnten neue Erkenntnisse darüber gewonnen werden, wie Bindeproteine an spezifische Aufgaben und Gegebenheiten angepasst sind. MalE aus Alicyclobacillus acidocaldarius wurde untersucht, um seine Säure- und Hitzestabilität zu verstehen. Da das Gram-positive Bakterium A. acidocaldarius gewöhnlich unter recht extremen Bedingungen, wie pH 3.6 and 57 C optimal wächst, müssen all seine nicht-cytoplasmatischen Proteine, die sowohl hohen Temperaturen als auch dem niedrigen pH des extrazellulären Milieus ausgesetzt sind, so angepaßt sein, daß sie optimal arbeiten können und auf längere Sicht keinen Schaden nehmen. Im Vergleich mit MalE-Homologen aus Bakterien und Archaea stellte sich heraus, dass vor allem die Zahl der geladenen Reste auf der Proteinoberfläche reduziert ist. Und obwohl die Zahl der positiv und negativ geladenen Reste ungefähr gleich ist, so sind doch erheblich mehr positiv geladene exponiert. Daraus resultiert eine positive Oberflächenladung, die wahrscheinlich zur Säurestabilität beiträgt. Ein besonderes Interesse, im Rahmen dieser Arbeit, wurde der hochaffinen Bindung von compatiblen Soluten durch Bindeproteine gewidmet. Compatible Solute, wie die quaternären Ammoniumverbindungen Glycin Betain und Prolin Betain, zeichnen sich dadurch aus, dass sie nicht direkt mit Proteinoberflächen wechselwirken können. Das ermöglicht es, Zellen diese Verbindungen zu sehr hohen Konzentrationen anzureichern, ohne damit gleichzeitig Struktur und Funktion ihrer Proteine zu beeinträchtigen. Vielmehr wirkt sich die resultierende nicht-gleichförmige Verteilung compatibler Solute innerhalb der Zelle sogar stabilisierend auf die Struktur von Proteinen aus. Um zu verstehen, wie es Bindeproteinen dennoch möglich ist, compatible Solute mit hoher Affinität zu binden, wurden die Strukturen von ProX aus Escherichia coli und ProX aus Archaeoglobus fulgidus aufgeklärt. Es stellte sich heraus, daß aromatische Aminosäureseitenketten, wie die von Tryptophan und Tyrosin, in einer definierten räumlichen Anordnung diese Aufgabe erfüllen können. ProX aus E. coli wechselwirkt mit der positive Ladung des quaternären Amins durch drei Tryptophanseitenketten, die annäherd rechtwinkligig zueinander orientiert sind. Sehr ähnlich, aber in räumlich veränderter Anordnung, erfolgt die Bindung compatibler Solute durch ProX aus A. fulgidus. Diesmal sind es nicht Tryptophanseitenketten, sondern Tyrosine und ein Hauptkettensauerstoff, die an der Bindung des quaternären amins beteiligt sind. In beiden Fällen wird die Bindung durch eine Kombination aus Kation-pi Wechselwirkung und nicht-klassischen Wasserstoffbrücken vermittelt. Der letzte Teil der vorliegenden Arbeit konzentrierte sich auf strukturelle Untersuchungen, des Multi-Medikamenten Transporters AcrB aus E. coli, der maßgeblich an der Resistenzbildung pathogener Gram-negativer Bakterien beteiligt ist. Das Hauptziel dieser Arbeit war die Verbesserung der Qualität des existierenden AcrB-Modells und die Lokalisierung von Substratenbindestellen durch die Bestimmung von AcrB-Substratkomplexen. Obwohl das AcrB Modell verbessert werden konnte, erscheint seine Qualität immer noch nicht ausreichend, um irgendeine Substratbindestelle lokalisieren zu können.</dcterms:abstract> <dcterms:available rdf:datatype="http://www.w3.org/2001/XMLSchema#dateTime">2011-03-24T17:45:49Z</dcterms:available> <dc:format>application/pdf</dc:format> <dc:date rdf:datatype="http://www.w3.org/2001/XMLSchema#dateTime">2011-03-24T17:45:49Z</dc:date> <dcterms:alternative>Röntgenkristallographische Untersuchungen von bakteriellen Proteinen, die am aktiven Membrantransport beteiligt sind: MalFGK2, MalE, ProX, and AcrB</dcterms:alternative> </rdf:Description> </rdf:RDF>

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