Katalytische Aktivität von Enzymen mit modifiziertem aktivem Zentrum

Design und Aufbau von Peptiden und Proteinen mit neuartigen Bindungseigenschaften und neuartigem katalytischem Verhalten sind das Ziel des Protein‐Engineerings Andere wichtige Zusammenfassungen: D. L. Oxender, C. F. Fox (Hrsg.): Protein Engineering , Alan R. Liss, New York 1987; A. R. Fersht, J.‐P. Shi, A. J. Wilkinson, D. M. Blow, P. Carter, M. M. Y. Waye, G. P. Winter, Angew. Chem. 96 (1984) 455; Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 23 (1984) 505; J. R. Knowles, Science ( Washington , D.C.) 236 (1987) 1252. . Eine Möglichkeit, dieses Ziel zu erreichen, ist die Umwandlung des aktiven Zentrums natürlicher Proteine, und zwar entweder durch ortsspezifische Mutagenese („site‐directed mutagenesis”) oder durch chemische Modifizierung. Sofern durch solche Eingriffe die Tertiärstruktur nicht entscheidend verändert wird, sollte das Bindungszentrum des ursprünglichen Proteins wenigstens teilweise erhalten bleiben, so daß das umgewandelte Enzym weiterhin Komplexe mit seinen Substraten bilden kann. Es sind viele Proteine mit Mutationen am aktiven Zentrum bekannt; dazu zählt auch die von uns gewonnene Cystein‐Mutante der alkalischen Phosphatase. Eine grundsätzliche Einschränkung der ortsspezifischen Mutagenese besteht darin, daß nur die zwanzig natürlichen Aminosäuren ausgetauscht werden können. Die alternative chemische Modifizierung ist schwierig durchzuführen, wenn eine Aminosäure spezifisch durch eine andere ersetzt werden soll. Wir konnten jedoch zeigen, daß Coenzymanaloga auf chemischem Weg in geeignete Positionen von Proteinen eingeführt und kovalent gebunden werden können. Dadurch wird die Gewinnung halbsynthetischer Enzyme möglich, deren katalytische Aktivität sich grundlegend von der ihrer Vorläufer‐Proteine unterscheidet. Ein weiterer Zweig des Protein‐Engineerings konzentriert sich auf Systeme, bei denen ‐ in erster Näherung ‐ die Faltung vernachlässigt werden kann und der Aufbau spezieller Sekundärstrukturen angestrebt wird. Beispiele aus unseren Arbeiten für das erfolgreiche Design biologisch aktiver Peptide und Proteine auf diesem Weg sind Moleküle, die die Eigenschaften von Apolipoproteinen, Toxinen und vielen Hormonen nachahmen. Vor kurzem haben wir begonnen, die beiden oben beschriebenen Möglichkeiten des Protein‐Engineerings zu kombinieren. Auf diese Weise konnten kleine Enzyme wie Ribonuclease T 1 und deren Strukturanaloga vollsynthetisch erhalten werden.