Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Flexibel in Form für die DNA - Bindungsmodell eines Enzyms aufgeklärt

14.02.2008
Für viele essentielle Prozesse der Zelle müssen sich Enzyme entlang der DNA bewegen. Im Zellkern höherer Organismen liegt das fadenförmige Erbmolekül aber dicht gepackt und assoziiert mit Proteinen vor. Bestimmte zelluläre Faktoren räumen diese Hindernisse aus dem Weg und erleichtern damit den Zugang zur DNA.

Enzyme der Swi2/Snf2-Superfamilie etwa sind dazu in der Lage. Diese Moleküle sind auch aus medizinischer Sicht interessant, weil sie in defekter Form zu Leiden wie dem neurodegenerativen Cockayne-Syndrom führen können. Ein Forscherteam vom Department für Chemie und Biochemie der Ludwig-Maximilians-Universität (LMU) München um Professor Jens Michaelis und Professor Karl-Peter Hopfner hat nun die Arbeitsweise eines Swi2/Snf2-Mitglieds untersucht.

Das Projekt wurde auch von den beiden Exzellenzclustern "Center for Integrated Protein Science Munich (CIPSM)" und "Nanosystems Initiative Munich (NIM)" unterstützt. Wie in der online-Ausgabe des Fachmagazins "Nucleic Acids Research" berichtet, liegt das Enzym in mindestens zwei unterschiedlichen Konformationen, also strukturellen Anordnungen, vor. Insgesamt lassen die Daten auf ein Vorgehen des Enzyms mit verschiedenen Stufen schließen, was sich als Modell möglicherweise auf verwandte Moleküle übertragen lässt.

DNA wird oft in ihrer strukturell genau definierten Form als Chromosomen dargestellt, obwohl es nur vor und während der Zellteilung in dieser Gestalt vorliegt. Meist füllt die DNA den Zellkern als Chromatin, eine amorphe Masse aus hoch strukturiertem Erbmolekül, mit dem verschiedene Proteine assoziieren. So wickelt sich die fadenförmige DNA um Histonproteine und bildet mit diesen größere Untereinheiten, die Nukleosomen. Swi2/Snf2-Enzyme gehören zu einer evolutionären Familie von molekularen Maschinen, die Komplexe aus DNA und Proteinen lösen können. Dies dient meist dazu, die DNA für zelluläre Prozesse wie die Transkription oder Abschrift, die Replikation oder Verdopplung, und die Reparatur des Erbmaterials zugänglich zu machen.

... mehr zu:
»DNA »Enzym »Molekül »Protein

Vor wenigen Jahren erst gelang Hopfner und seinem Team die Bestimmung der Kristallstruktur der katalytischen Domäne eines Swi2/Snf2-Enzyms, des eigentlich enzymatisch aktiven Zentrums also. Dabei zeigte sich, dass Swi2/Snf2-Enzyme unter Energieverbrauch an der so genannten kleinen Furche, das ist eine Seite der DNA, entlanglaufen. Diese Aktivität erzeugt vermutlich ein "Drehmoment", das die DNA von den assoziierten Proteinen trennt.

Die Energie für diesen Vorgang stammt aus der Spaltung des energiereichen ATP-Moleküls durch die Swi2/Snf2-Enzyme, die damit als so genannte ATPasen wirken. Unklar war allerdings, wie die durch Energieumsatz verursachten strukturellen Änderungen aussehen, die letztlich den Motor antreiben. In der vorliegenden Studie untersuchten die Forscher deshalb die katalytische Domäne einer Swi2/Snf2-ATPase mit dem langen Namen "Sulfolobus solfataricus Rad54 homologue", kurz SsoRad54cd. Zum Einsatz kam dabei unter anderem der so genannte "Fluorescence resonance energy transfer (FRET)", der relative Abstände zwischen zwei fluoreszierenden Farbstoffen auf kleinster Skala bestimmen kann. Sind die Farbstoffe an biologische oder chemische Strukturen gekoppelt, lässt sich so auf deren Entfernung rückschließen.

"Wir konnten zeigen, dass das Enzym in mindestens zwei Konformationen vorkommt", so Michaelis. "Nach der Bindung an die DNA geht die offene Konformation in die geschlossene über. Sobald dann aber ATP gebunden hat, erfolgt keine Änderung mehr bis das energiereiche Molekül gespalten ist. Wichtig für die Funktion des Enzyms ist jedoch, dass dieses zu jedem Zeitpunkt eine hohe Flexibilität aufweist. Dies konnte in Experimenten an einzelnen Proteinmolekülen direkt beobachtet werden." Insgesamt deuten die Daten auf ein Vorangehen des Enzyms, das verschiedene Stufen beinhaltet. Das neu präsentierte Modell kann nun möglicherweise auch auf andere Swi2/Snf2-Mitglieder übertragen werden.

Publikation:
"Conformational changes of a Swi2/Snf2 ATPase during its mechano-chemical cycle",
Robert Lewis, Harald Dürr, Karl-Peter Hopfner and Jens Michaelis
"Nucleic Acids Research", online seit 12. Februar 2008
doi:10.1093/nar/gkn040
Ansprechpartner:
Professor Dr. Jens Michaelis
Department für Chemie und Biochemie der LMU
Tel.: 089 / 2180 - 77561
Fax: 089 / 2180 - 77560
E-Mail: jens.michaelis@cup.uni-muenchen.de

Luise Dirscherl | idw
Weitere Informationen:
http://www.cup.uni-muenchen.de/pc/michaelis

Weitere Berichte zu: DNA Enzym Molekül Protein

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Der Evolutionsvorteil der Strandschnecke
28.03.2017 | Gesellschaft Deutscher Chemiker e.V.

nachricht Mobile Goldfinger
28.03.2017 | Gesellschaft Deutscher Chemiker e.V.

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Entwicklung miniaturisierter Lichtmikroskope - „ChipScope“ will ins Innere lebender Zellen blicken

Das Institut für Halbleitertechnik und das Institut für Physikalische und Theoretische Chemie, beide Mitglieder des Laboratory for Emerging Nanometrology (LENA), der Technischen Universität Braunschweig, sind Partner des kürzlich gestarteten EU-Forschungsprojektes ChipScope. Ziel ist es, ein neues, extrem kleines Lichtmikroskop zu entwickeln. Damit soll das Innere lebender Zellen in Echtzeit beobachtet werden können. Sieben Institute in fünf europäischen Ländern beteiligen sich über die nächsten vier Jahre an diesem technologisch anspruchsvollen Projekt.

Die zukünftigen Einsatzmöglichkeiten des neu zu entwickelnden und nur wenige Millimeter großen Mikroskops sind äußerst vielfältig. Die Projektpartner haben...

Im Focus: A Challenging European Research Project to Develop New Tiny Microscopes

The Institute of Semiconductor Technology and the Institute of Physical and Theoretical Chemistry, both members of the Laboratory for Emerging Nanometrology (LENA), at Technische Universität Braunschweig are partners in a new European research project entitled ChipScope, which aims to develop a completely new and extremely small optical microscope capable of observing the interior of living cells in real time. A consortium of 7 partners from 5 countries will tackle this issue with very ambitious objectives during a four-year research program.

To demonstrate the usefulness of this new scientific tool, at the end of the project the developed chip-sized microscope will be used to observe in real-time...

Im Focus: Das anwachsende Ende der Ordnung

Physiker aus Konstanz weisen sogenannte Mermin-Wagner-Fluktuationen experimentell nach

Ein Kristall besteht aus perfekt angeordneten Teilchen, aus einer lückenlos symmetrischen Atomstruktur – dies besagt die klassische Definition aus der Physik....

Im Focus: Wegweisende Erkenntnisse für die Biomedizin: NAD⁺ hilft bei Reparatur geschädigter Erbinformationen

Eine internationale Forschergruppe mit dem Bayreuther Biochemiker Prof. Dr. Clemens Steegborn präsentiert in 'Science' neue, für die Biomedizin wegweisende Forschungsergebnisse zur Rolle des Moleküls NAD⁺ bei der Korrektur von Schäden am Erbgut.

Die Zellen von Menschen und Tieren können Schäden an der DNA, dem Träger der Erbinformation, bis zu einem gewissen Umfang selbst reparieren. Diese Fähigkeit...

Im Focus: Designer-Proteine falten DNA

Florian Praetorius und Prof. Hendrik Dietz von der Technischen Universität München (TUM) haben eine neue Methode entwickelt, mit deren Hilfe sie definierte Hybrid-Strukturen aus DNA und Proteinen aufbauen können. Die Methode eröffnet Möglichkeiten für die zellbiologische Grundlagenforschung und für die Anwendung in Medizin und Biotechnologie.

Desoxyribonukleinsäure – besser bekannt unter der englischen Abkürzung DNA – ist die Trägerin unserer Erbinformation. Für Prof. Hendrik Dietz und Florian...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Industriearbeitskreis »Prozesskontrolle in der Lasermaterialbearbeitung ICPC« lädt nach Aachen ein

28.03.2017 | Veranstaltungen

Neue Methoden für zuverlässige Mikroelektronik: Internationale Experten treffen sich in Halle

28.03.2017 | Veranstaltungen

Wie Menschen wachsen

27.03.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Von Agenten, Algorithmen und unbeliebten Wochentagen

28.03.2017 | Unternehmensmeldung

Hannover Messe: Elektrische Maschinen in neuen Dimensionen

28.03.2017 | HANNOVER MESSE

Dimethylfumarat – eine neue Behandlungsoption für Lymphome

28.03.2017 | Medizin Gesundheit