Charakterisierung der thermal induzierten Denaturierung der L-2-Hydroxyisocaproat-Dehydrogenase aus Lactobacillus confusus und Rationales Protein-Design zur Erhöhung ihrer Stabilität

Lide, Bao (2006). Charakterisierung der thermal induzierten Denaturierung der L-2-Hydroxyisocaproat-Dehydrogenase aus Lactobacillus confusus und Rationales Protein-Design zur Erhöhung ihrer Stabilität. PhD thesis, Universität zu Köln. Open Access

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Abstract

Die Stabilität der L-HicDH und ihrer Mutanten wurde durch differentielle Scanning-Kalorimetrie untersucht. Mit Hilfe der thermal induzierten Denaturierung des Proteins wurde die Stabilität der L-HicDH thermodynamisch und kinetisch charakterisiert. L-HicDH verhält sich am stabilsten bei dem pH-Wert von 6,0, der sich nah an seinem theoretischen pI = 5,06 befindet. Die thermal induzierte Denaturierung der L-HicDH ist ein irreversibler Prozess und abhängig von der Scanrate. Die Wärmekapazitätsfunktion der L-HicDH zeigt einen einzelnen Peak und die ganze L-HicDH entfaltet sich sehr kooperativ. Das Verhältnis deltaH/deltaHv in allen Mutanten zeigen eine extreme Kooperativität. Diese extreme Kooperativität ergibt sich aus dem gleichzeitigen Zerfallen aller strukturellen Elemente und der außergewöhnlichen Entfaltung dieses großen Proteins. Dies wiederum reflektiert die Stabilisierungsrolle der Oligomerisierung in diesem homotetrameren Enzym. Die Aktivierungsenergie der thermal induzierten Denaturierung der L-HicDH beträgt 525-538 kJ mol-1. Im Vergleich zu Literaturwerten ist dieser Wert relativ hoch. Die L-HicDH ist daher kinetisch betrachtet ein sehr stabiles Protein. Das rationale Protein-Design zur Erhöhung der Stabilität der L-HicDH wurde durch die Mutanten Gly251Ala, Glu270Met, und Gly244Ala erzielt. Alle drei Mutanten besaßen nach dem Austausch der Aminosäuren sehr gute Werte der Aminosäure-Atom- und Torsionswinkel-Potentiale. Die Zuverlässigkeit des Vorhersageprogramms zur Berechnung von Aminosäure-Atom- und Torsionswinkel-Potentialen ist damit zufriedenstellend. Aus den Ergebnissen dieser Arbeit kann man folgende Schlussfolgerung für die Proteinstabilisierung ziehen: (1) Oligomerisierung ist eine wichtige Strategie, Proteine, zu stabilisieren. Durch die Erhöhung der hydrophoben Interaktionen in den Kontaktbereichen zwischen den Untereinheiten kann die Stabilität des Proteins gesteigert werden. (2) Bestimmte Oberflächen-Ladungsverteilungen können die Stabilität von Proteinen erhöhen. (3) Das weiterentwickelte Computerprogramm CUPSAT, das die Energetik der Proteinmoleküle für das rationale Protein-Design berechnet, hat sich als ein sehr hilfreiches Werkzeug erwiesen.

Item Type:

Thesis (PhD thesis)

Translated title:

Title	Language
Characterisation of thermal induced denaturation of the L-2-Hydroxyisocaproate Dehydrogenase from Lactobacillus confusus and rational protein design for the increase of its stability	English

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