wenn kein Molekülmodell zu sehen ist:
http://www.biologie.uni-hamburg.de/
lehre/bza/taste/1lk9/d1lk9m.htm

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Das Beste vom Knoblauch:

Alliinase aus Allium sativum

Pflanzen des Genus Allium erhalten ihren charakteristischen Geschmack und Geruch durch eine Reihe flüchtiger Substanzen, die alle ein Schwefelatom enthalten. Eine besondere Rolle in der traditionellen Medizin und in zwischenmenschlichen Beziehungen kommt dem Knoblauch zu (nicht nur in Transsylvanien). Die enzymatische Schlüsselreaktion vor der Generierung der Geruchstoffe ist die Produktion einer chemisch reaktiven Sulfensäure, die spontan zur Bildung der interessanten Verbindungen reagiert. Alliinase ist das beteiligte Enzym, mit vollem Namen S-alk(en)yl-L-Cystein Sulfoxidlyase. Das Enzym aus Knoblauch spaltet S-allyl-L-Cystein Sulfoxid in einer beta-Eliminierungs-Deaminierung, wobei ein Amionoacryl-Zwischenprodukt an den Kofaktor Pyridoxal-5'-phosphat gebunden wird.

Das Substrat wird in dem Enzym in der Nähe des Kofaktors gebunden und bildet eine Schiffsche Base.

Im Enzym enthaltene saure und basische Gruppen induzieren eine Polarisierung der S=O-Bindung im Substrat, was zu einer Umordnung der Binde-Elektronen führt. Die Kohlenstoff-Schwefel-Bindung wird gespalten, wodurch ein Acrylamid an den Kofaktor gebunden bleibt und das Reaktionsprodukt (Allyl-Sulfensäure) freigesetzt wird. Die Schiffsche Base wird anschließend hydrolysiert, und das zweite Produkt der Reaktion zerfällt zu Pyruvat und Ammoniak.

Die Alliinase aus Knoblauch ist ein Dimer aus identischen Untereinheiten von je 448 Aminosäuren. In jedem Monomer ist die zentrale Domäne von einer N-terminalen Domäne und einer C-terminalen Domäne umgeben.

Die aminoterminale Domäne hat einen Bereich, der strukturell einem epidermalen Wachtumsfaktor entspricht . Dieses Motiv ist durch drei Disulfidbrücken charakterisiert . In Tieren wird diese Struktur zur Bindung an andere Proteine benutzt. Die aminoterminale Domäne enthält auch eine Bindungsstelle für ein Chlorid-Ion . Das Chlorid bindet über Wasserstoffbrücken an die Amid-Stickstoffatome von Phe⁹⁴, Ser⁹⁸, Phe¹⁰⁰ sowie ein Wassermolekül. Die Schleife wird durch diese Wechselwirkungen stabilisiert, ebenso durch die cis-Peptidbindung zwischen Asn⁹⁵ und Pro⁹⁶ .

Die zentrale Domäne besteht aus einem siebenstränggen Faltblatt und Helices , was anderen C-S-Lyasen entspricht. Diese Domäne bindet den Kofaktor Pyridoxalphosphat .

Die carboxyterminale Domäne hat die Struktur einer typischen Aminotransferase: das zentrale Faltblatt liegt gegenüber Helices .

Die Knoblauch-Alliinase ist ein Glycoprotein. Eine der vier Zuckerketten aus Fucose, N-acetyl-Glucosamin und Mannose war im Proteinkristall so fixiert, daß sie modelliert werden konnte . Diese Zuckerkette liegt auf der Oberfläche des Enzyms genau zwischen den Monomeren und hat zu beiden Untereinheiten Kontakt .

Der Kofaktor Pyridoxalphosphat ist im aktiven Zentrum des Enzyms gebunden . Er bildet eine Schiffsche Base mit Lys²⁵¹ . Außer durch diese kovalente Bindung wird er durch zahlreiche andere Wechselwirkungen positioniert: der Pyridinring liegt zwischen Tyr¹⁶⁵ und der Seitenkette von Val²²⁷ mit pi-Elektronen-Wechselwirkung. Wasserstoffbrücken werden von den Hydroxylgruppen zu Asn²⁰⁷ und Tyr²²⁸ gebildet sowie vom Pyridin-Stickstoff zu Asp²²⁵ . Die Phosphatgruppe liegt gegenüber dem positiv geladenen Dipolende einer alpha-Helix und der Guanidinogruppe von Arg²⁵⁹ . Zusätzlich gibt es Wasserstoffbrücken zu Thr¹³³, Thr²⁴⁸, Ser²⁵⁰, und Tyr⁹² (letzteres aus der anderen Untereinheit). Dieser feste Griff auf den Kofaktor ist nötig, weil die kovalente Bindung zu Lys²⁵¹ im Reaktionszyklus unterbrochen wird, wenn die Schiffsche Base zum Substrat gebildet wird.

S-äthyl-L-Cystein hat keine polarisierbare S=O-Bindung und ist deshalb ein Inhibitor der Alliinase.

Wenn diese Substanz während der Kristallisation des Enzyms zugefügt wird, findet man neben dem Pyridoxalphosphat

ein Acrylamid (Reaktionsprodukt)

anstelle des Lysins gebunden. Das gibt einen Hinweis auf die Lage des Substrates im Reaktionszentrum

Neustart dieser Demonstration

Literatur:
EB Kuettner et al, The active principle of garlic at atomic resolution, J. Biol. Chem. 277 (2002) 46402-46407

2-04 - R Bergmann