Die aktiven Zentren der Cytochrom-Oxidase: Strukturuntersuchungen mit EXAFS-Spektroskopie an Metalloenzymen und Modellkomplexen

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Die Dissertation ist parallel im Verlag Simmering, Lilienthal erschienen: 2003. - 179 S. : Ill., graph. Darst. ; 21 cm ISBN 3-927723-55-X kart.

This thesis deals with investigations on the metal sites of cytochrome-c oxidase (ba3-oxidase) from Thermus thermophilus in different states by means of EXAFS spectroscopy. Different states were generated by inhibition and by chemical reduction of the native enzyme. Additionally, several synthetic complexes were characterized and a system for a better data evaluation called CHAOS was developed.

Im Rahmen dieser Arbeit wurden die Metallzentren der Cytochrom-c-Oxidase (ba3-Oxidase) aus Thermus thermophilus in verschiedenen stationären Zuständen mit Hilfe der EXAFS-Spektroskopie untersucht. Die EXAFS-Untersuchungen an Kristallen der nativen ba3-Oxidase belegen, dass die Kristallisation keinen signifikanten Einfluss auf die Struktur der Metallzentren hat. Durch Inhibierung und chemische Reduktion des nativen Enzyms in gelöster Form wurden verschiedene Derivate erzeugt, die sowohl an der Cu-K- als auch an der Fe-K-Absorptionskante gemessen wurden. Der Cu-Cu-Abstand im CuA-Zentrum verlängert sich durch die Reduktion um ~ 0,04 Å, während sich der Fe-Cu-Abstand um den gleichen Betrag verkürzt. Ein Ligandaustausch oder andere größere strukturelle Modifizierungen an den Metallzentren werden hierbei nicht beobachtet. Durch die Kombination der Ergebnisse für die ba3-Oxidase aus den Cu-K- und Fe-K-Absorptionskanten-Messungen lässt sich die Orientierung der gebundenen Substrat- oder Inhibitormoleküle besimmen. Substrat und Inhibitor sind hiernach end-on an die beiden Metallatome des Fea3-CuB-Zentrums (jeweils ein Ende des gebundenen Moleküls an ein Metallatom des heterobinuklearen Zentrums) koordiniert und liegen außerhalb der direkten Metall-Metall-Verbindungslinie. Der Inhibitor Cyanid ist dabei so orientiert, dass das Kohlenstoffatom dem Fea3-Zentrum zugewandt ist. Die Beiträge der Methionin- und Glutamat-Backbone-Liganden des CuA-Zentrums konnten bei allen hier untersuchten Enzymderivaten detektiert werden. Die Abstände dieser Liganden vom Absorberatom Kupfer sind deutlich länger als allgemein übliche Abstände für Leichtstreuer- oder Schwefelatome. Somit resultiert für die beiden Kupferatome des CuA-Zentrums eine (3 1)-Koordination. Weiterhin sind verschiedene Komplexverbindungen mit Hilfe der Methode EXAFS charakterisiert worden. Beispielsweise lagert sich der binukleare Kupferkomplex [Cu2(STip)2(btmgp)] beim Lösen unter Ausbildung eines Cu2S2-Kern um, so dass der Komplex in Bezug auf die Oxid ationszahl der Kupferatome und die Anzahl der Schwefelbrücken ein synthetisches Analogon für das reduzierte CuA-Zentrum darstellt. Beim homobinuklearen Komplex [Cu2(SBtmsPh)2(btmgp)] tritt hingegen beim Lösen eine Änderung der Struktur durch Ausbildung einer kettenförmigen Anordnung auf. Temperaturabhängige Untersuchungen von Komplex-verbindungen zeigen eine starke Temperaturabhängigkeit des Debye-Waller-Parameters. Besonders für die Beiträge von Metallrückstreuatomen vergrößert sich dieser Parameter mit steigender Temperatur. Die EXAFS-Ergebnisse der Komplexverbindungen liefern wertvolle Beiträge für die röntgen-absorptions-spektroskopische Untersuchung des Enzyms. Neben den strukturaufklärenden Untersuchungen ist die Datenvorauswertung von EXAFS-Daten weiterentwickelt worden. Mit dem System CHAOS können Störungen in EXAFS-Spektren erkannt werden, die mit der herkömmlichen Datenvorauswertung nicht erkennbar sind. Darüberhinaus wird gezeigt, dass eine veränderte Messstrategie durch eine Umverteilung der zur Verfügung stehenden Messzeit zugunsten der kritischen Bereiche des Spektrums die Qualität von EXAFS-Daten verbessert.

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Dokumententyp:
Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Fakultät / Institut:
Fakultät für Chemie
Dewey Dezimal-Klassifikation:
500 Naturwissenschaften und Mathematik » 540 Chemie
Stichwörter:
Substratbindung, CHAOS, inhibitor binding, Cytochrom-c-Oxidase, CuB, EXAFS, substrate binding, Atmungskette, CuA, respiratory chain, Modellkomplexe, Synthetische Analoga, model complexes, Inhibitorbindung, Katalysezyklus, cytochrome-c oxidase, synthetic analogues, active sites, Aktive Zentren, catalytic cycle
Beitragende:
Prof.Dr Henkel, Gerald [Betreuer(in), Doktorvater]
Priv.-Doz. Dr. Köckerling, Martin [Gutachter(in), Rezensent(in)]
Sprache:
Deutsch
Kollektion / Status:
Dissertationen / Dokument veröffentlicht
Datum der Promotion:
19.06.2002
Dokument erstellt am:
19.06.2002
Dateien geändert am:
13.04.2007
Medientyp:
Text