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Evolution von Struktur und Funktion der Putrescin-N-methyltransferase

Datura stramonium

Datura stramonium

Datura stramonium

Die Putrescin-N-methyltransferase (PMT) ist das erste spezifische Enzym für die Bildung von Nicotin und Tropanalkaloiden in Solanaceen. Seine Aminosäuresequenz ähnelt dem Primärstoffwechsel-Enzym Spermidinsynthase (SPDS), das vermutlich den evolutionären Vorläufer darstellt. Als Folge der Aminosäureänderungen im Lauf der Evolution ergaben sich zwei wesentliche Funktionsänderungen im Enzym:

  1. als Cosubstrat verwendet SPDS decarboxy­liertesS-Adenosylmethionin, während S-Adenosylmethionin der Methylgruppendonator für PMT ist.
  2. SPDS bewerkstelligt den Transfer einer Aminopropylgruppe, PMT überträgt Methylgruppen.
Biosynthese Polyamine

Biosynthese Polyamine

Biosynthese Polyamine

Ziel des Projekts ist zu verstehen, welche Aminosäureaustausche notwendig waren, um ausgehend von der Spermidinsynthase aus Datura stramonium die Entwicklung von Putrescin-N-methyltransferase zu ermöglichen.

Der Vergleich der Aminosäuresequenzen von SPDS- und PMT-Enzymen und Computermodellen der Proteine zeigen, welche Aminosäuren im aktiven Zentrum unterschiedlich sind. Sie werden zielgerichtet ausgetauscht. Die Enzyme werden anschließend einer detaillierten biochemischen Charakterisierung unterzogen. So kann man mögliche evolutionäre Zwischenstadien erkennen.

Schließlich wird die PMT aus Datura stramonium gereinigt und kristallisiert, um mit Röntgen­strukturanalyse das aktive Zentrum zu untersuchen. Nach neuen Erkenntnissen kommen Tropan­alkaloide auch in Brassicaceen vor. Die Beteiligung von PMT an der Tropanalkaloidbiosynthese in Brassicaceen und ihre mögliche Abstammung von SPDS wird vergleichend zu Solanaceen untersucht.

Kooperationen:

  • Leibniz-Institut für Pflanzenbiochemie, PD Dr. Wolfgang Brandt
  • Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg, Institut für Biochemie      und Biotechnologie, Abt. Physikalische Biotechnologie, Prof. Dr. Milton T.      Stubbs

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