Elektrostatische Steuerung und ionische Verankerung bei der Bildung von Thrombin-Hirudin-Komplexen: die Rolle der anionenbindenden Exosite-I von Thrombin

Electrostatic interactions between the thrombin anion-binding exosite-I (ABE-I) and the hirudin C-terminal tail play an important role in the formation of the thrombin-hirudin inhibitor complex and serves as a model for the interactions of thrombin with its many other ligands. The role of each solvent exposed basic residue in ABE-I (Arg(35), Lys(36), Arg(67), Arg(73), Arg(75), Arg(77a), Lys(81), Lys(109), Lys(110), and Lys(149e)) in electrostatic steering and ionic tethering in the formation of thrombin-hirudin inhibitor complexes was explored by site directed mutagenesis. The contribution to the binding energy (deltaG(degrees)b) by each residue varied from 1.9 kJ mol(-)(1) (Lys(110)) to 15.3 kJ mol(-1) (Arg(73)) and were in general agreement to their observed interactions with hirudin residues in the thrombin-hirudin crystal structure [Rydel, T. J., Tulinsky, A., Bode, W., and Huber, R. (1991) J. Mol. Biol. 221, 583-601]. Coupling energies (delta deltaG(degrees) int) were calculated for the major ion-pair interactions involved in ionic tethering using complementary hirudin mutants (h-D55N, h-E57Q, and h-E58Q). Cooperativity was seen for the h-Asp(55)/Arg(73) ion pair (2.4 kJ mol(-1)); however, low coupling energies for h-Asp(55)/Lys(149e) (deltadeltaG(degrees)int 0.6 kJ mol(-1)) and h-Glu(58)/Arg(77a) (deltadeltaG(degrees)int 0.9 kJ mol(-1)) suggest these are not major interactions, as anticipated by the crystal structure. Interestingly, high coupling energies were seen for the intermolecular ion-pair h-Glu(57)/Arg(75) (deltadeltaG(degrees)int 2.3 kJ mol(-1)) and for the solvent bridge h-Glu(57)/Arg(77a) (deltadeltaG(degrees)int 2.7 kJ mol(-1)) indicating that h-Glu(57) interacts directly with both Arg(75) and Arg(77a) in the thrombin-hirudin inhibitor complex. The remaining ABE-I residues that do not form major contacts in tethering the C-terminal tail of hirudin make small but collectively important contributions to the overall positive electrostatic field generated by ABE-I important in electrostatic steering.

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.

Anhand gerichteter Mutagenese wurde der Beitrag jedes basischen Restes der anionenbindenden Exosite-I zur Bindungsenergie im Thrombin-Hirudin-Komplex bestimmt. Er variierte von 1,9 kJ/mol (Lys110) bis 15,3 kJ/mol (Arg73) und stimmte im Allgemeinen mit der Kristallstruktur überein. Mit komplementären Hirudin-Mutanten zeigte sich Kooperativität bei h-Asp55/Arg73 (2,4 kJ/mol), hohe Kopplungsenergien bei h-Glu57/Arg75 und h-Glu57/Arg77a (2,3 bzw. 2,7 kJ/mol), niedrige bei h-Asp55/Lys149e (0,6 kJ/mol). Die übrigen Reste tragen nach Ansicht der Autoren gemeinsam zum elektrostatischen Feld bei, das die Anziehung lenkt.

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