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1. EINLEITUNG 16

1.1.2 Struktur und Reaktionsmechanismus von Lipasen

Lipasen gehören zur Familie der Serin-Hydrolasen. Die Gemeinsamkeit aller Lipasen ist die

katalytische Triade aus Serin, Histidin und Aspartat (bei den Lipasen aus Geotrichum

candidum und Candida rugosa Glutamat). Der Reaktionsmechanismus entspricht dem der

Serin-Proteasen (Cambillau und van Tilbeurgh 1993, Cygler, et al. 1992, Derewenda, et al.

1992, Derewenda, et al. 1994, Dodson, et al. 1992, Ransac, et al. 1996).

Vor der Esterspaltung kommt es zur Ausbildung von Wasserstoffbrücken zwischen dem

Carbonyl-Sauerstoff des Esters und dem Oxyanion hole (Sauerstoffbindungsstelle) des

Proteins (Abbildung 1.2). Es bildet sich der Michaelis-Komplex. Im ersten Reaktionsschritt

kommt es zum nukleophilen Angriff des Serins am Carbonyl-Kohlenstoff des Substrats. Die

Nukleophilie des Serins wird durch die Abstraktion des Wasserstoffs der Hydroxylgruppe

durch das ε-N-Atom des Histidins erhöht. Die bei diesem Vorgang entstehende positive

Partial-Ladung am Histidin wird teilweise durch das Aspartat der katalytischen Triade

neutralisiert. Beim nukleophilen Angriff des Serins auf den Carbonyl-Kohlenstoff ändert die-

ser die Hybridisierung von sp

nach sp

und es kommt zur Ausbildung einer kovalenten Bin-

dung. Gleichzeitig wird die negative Ladung des Serins auf den Sauerstoff des Acetals über-

tragen und durch H-Brücken im oxyanion-hole fixiert. Es entsteht das erste Intermediat (T

1).

Im nächsten Schritt überträgt das Histidin das vorübergehend abstrahierte Proton auf die

Alkoholkomponente des Acetals. Es entsteht eine gute Austrittsgruppe. Die Abspaltung dieser

Gruppe wird durch die Ausbildung einer Doppelbindung zwischen Sauerstoff und Kohlen-

stoff des Acetals unterstützt, wobei der Kohlenstoff wieder von sp

zu sp

hybridisiert wird.

Das Acylenzym, ein Carbonsäure-Serin-Ester entsteht, und der freie Alkohol verläßt die Bin-

dungstasche. Diesen Platz nimmt ein Wassermolekül ein. In Umkehr der vorangegangenen

Schritte bildet sich ein zweites Halbacetal aus (T

2). Hier wird das Proton vom Histidin auf

das Serin übertragen. Dadurch wird die Bindung des Serin Sauerstoffs zum Kohlenstoff ge-

spalten und dieser hybridisiert von sp

zu sp

. Damit ist der Katalyseprozeß beendet und die

Fettsäure verläßt die Bindungstasche.

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