Untersuchung der intermolekularen Rückgrat-Wasserstoffbrückenbindung in Serinprotease-Protein-Inhibitor-Komplexen

BACKGROUND: Intermolecular backbone H-bonding (N-H.O=C) is a common occurrence at the interface of protein-protein complexes. For instance, the amide NH groups of most residues in the binding loop of eglin c, a potent serine proteinase inhibitor from the leech Hirudo medicinalis, are H-bonded to the carbonyl groups of residues in the target enzyme molecules such as chymotrypsin, elastase and subtilisins. We sought to understand the energetic significance of these highly conserved backbone-backbone H-bonds in the enzyme-inhibitor complexes. RESULTS: We synthesized an array of backbone-engineered ester analogs of eglin c using native chemical ligation to yield five inhibitor proteins each containing a single backbone ester bond from P3 to P2' (i.e. -CONH-to -COO-). The structure at the ligation site (P6-P5) is essentially unaltered as shown by a high-resolution analysis of the subtilisin-BPN'-eglin c complex. The free-energy changes (DeltaDeltaGNH-->O) associated with the binding of ester analogs at P3, P1 and P2' with bovine alpha-chymotrypsin, subtilisin Carlsberg and porcine pancreatic elastase range from 0-4.5 kcal/mol. Most markedly, the NH-->O substitution at P2 not only stabilizes the inhibitor but also enhances binding to the enzymes by as much as 500-fold. CONCLUSIONS: Backbone H-bond contributions are context dependent in the enzyme-eglin c complexes. The interplay of rigidity and adaptability of the binding loop of eglin c seems to play a prominent role in defining the binding action.

Abstract aus PubMed (NCBI) für den zitierten Eintrag, in der Originalsprache wiedergegeben. Maßgeblich ist die Fassung der Originalpublikation.

Das Abstract wird nicht übersetzt, damit die eigene Wortwahl der Autoren erhalten bleibt.

Untersucht wurde die energetische Bedeutung konservierter Rückgrat-Wasserstoffbrücken zwischen Serinproteasen und Eglin c, einem Inhibitor des Blutegels Hirudo medicinalis. Mittels nativer chemischer Ligation entstanden fünf Eglin-c-Analoga mit je einer Esterbindung von P3 bis P2'. Bei Analoga an P3, P1 und P2' reichten die freien Energieänderungen der Bindung an Chymotrypsin, Subtilisin Carlsberg und Pankreas-Elastase von 0 bis 4,5 kcal/mol; die NH→O-Substitution an P2 stabilisierte den Inhibitor und steigerte die Bindung bis auf das 500-Fache. Die Beiträge sind laut Autoren kontextabhängig.

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