Kooperative und allosterische Phänomene

Projektleiter: N. Hellmann, H. Decker
Mitarbeiter: S. Simonyan, Ingrid Forsch
Förderung: DFG

Die Kommunikation zwischen kooperativen Strukturmodulen komplexer Biomoleküle, deren Auswirkungen auf verschiedene Aspekte der Funktion und die Einflussnahme durch allosterische Effektoren werden untersucht. Als erfolgreich erwies sich das von uns entwickelte Nesting-Modell, das den Hierarchien in der Struktur Hierarchien allosterischer Wechselwirkungen zuordnet. Dieses Modell erklärt die Funktion vieler komplexer großer multimerer Proteine wie extrazelluläre Atmungsproteine (Hämocyanine und Hämoglobine) und Chaperonine (GroEL) auf der Basis ihrer molekularen Strukturen. Die nach dem Modell vorhergesagten Konformationen werden mittels verschiedener biochemischer und biophysikalischer Methoden nachgewiesen. Die Anwendung auf andere naturwissenschaftliche und soziobiologische Phänomene wird untersucht.
Über die Kinetik hoch-kooperativer Biomoleküle ist kaum etwas bekannt und wird deshalb experimentell und theoretisch untersucht. Die Bedeutung der gewonnenen Erkenntnisse wollen wir auch auf physiologischer Ebene verstehen.
Gel-immobilisierte Konformationszustände Verschiedene Ansätze exisiteren, um die unterschiedlichen Konformationszustände einzufrieren. Dazu wurde versucht, diese in einem TMOS Sol-Gel Matrix zu immobilisieren, um dadurch experimentell nachzuwiesen, dass die Sauerstoffbeladung und Konformation zwei unabhängige Prozesse sind, die ziemlich zeitnah auftreten.

Publikationen:

  • Hellmann N., Weber R. and Decker H. (2008) Linked analysis of large cooperative, allosteric systems: the example HbL In: Methods of Enzymology Globins and other NO-reactive Proteins in Microbes, Plants and Invertebrates. (ed. Robert K Poole, ed.) 436C:463-85:
  • Decker H. and Hellmann N. (2007): Negative cooperativity in Root-effect hemoglobin: role of heterogeneity. Integrative and Comparative Biology, 47: 656-661
  • Ralph Pirow, Nadja Hellmann and Roy E. Weber (2007). Oxygen binding and its allosteric control in hemoglobin of the primitive branchiopod crustacean Triops cancriformis. FEBS Journal, 274:3374-91.
  • Menze M, Hellmann N, Decker H, Grieshaber M (2005): "Allosteric models for multimeric proteins: oxygen-linked effector binding in hemocyanin", Biochemistry 44:10328-38
  • Erker W, Beister U, Decker H (2005): "Cooperative transition in the conformation of 24-mer tarantula hemocyanin upon oxygen binding", J. Biol. Chem. 280: 12391-12396
  • Hellmann N (2004): "Analysis of inverse Bohr-effect in oxygen binding of hemocyanin from E. californicum", Biophys. Chem. 109:157-167
  • Hellmann N, Raithel K, Decker H (2003): "A potential role of water in allosteric regulation of tarantula hemocyanin", Comp. Biochem. Physiol. 136:725-734
  • Hellmann N, Weber R, Decker H (2003): "Nested allosteric interactions in extracellular haemoglobin of the leech Macrobdella decora", J. Biol Chem. 278:44355-60
  • Hellmann N, Decker H (2002): "Nested MWC model describes hydrolysis of GroEL without assuming negative cooperativity in binding", Biochim. Biophys. Acta - Proteins and Proteomics 1599:45-55
  • Hellmann N (2001): "Kinetics of highly cooperative systems: a simulation study", Biophys. J. 82:A2349
  • Menze AM, Hellmann N, Decker H, Grieshaber MK (2001): "Binding of urate and caffeine to haemocyanin analysed by isothermal titration calorimetry", J. Exp. Biol. 204: 1033-1038
  • Hellmann N, Jaenicke E, Decker H (2001): "Two types of urate binding sites at hemocyanin from the crayfish Astacus leptodactylus: An ITC study", Biophys. Chem. 90:2799-299
  • Hellmann N, Decker H (2000): "A microscopic view on cooperativity", Biophys. J. 78: A903
  • Menze M, Hellmann N, Decker H, Grieshaber MK (2000): "Binding of urate and caffeine to hemocyanin of the lobster Homarus vulgaris as studied by isothermal titration calorimetry",Biochemistry 39:10806-10811
  • Dainese E, Di Muro P, Beltramini M, Salvato B, Decker H (1998): "Subunits composition and allosteric control in Carcinus aestuarii hemocyanin", Eur. J. Biochem. 256:350-358
  • Sterner R, Decker H (1994): "Inversion of the Bohr effect during oxygen binding to a giant tarantula hemocyanin", Proc. Natl. Acad. Sci. USA 91:4835-48392
  • Decker H (1990): "Nested allostery in scorpion hemocyanin, Pandinus imperator", Biophys. Chem. 37:257-263
  • Leidescher T, Decker H (1990): "Conformational changes of tarantula (Eurypelma californicum) hemocyanin detected with a fluorescent probe, NBD chloride", Eur. J. Biochem. 187:617-625
  • Decker H, Sterner R (1990): "Nested allostery of Arthropodan hemocyanin (Eurypelma californicum and Homarus americanus): The role of the protons", J. Mol. Biol. 211:281-293
  • Robert CH, Decker H, Richey B, Gill SJ, Wyman J (1987): "Nesting: Hierarchies of allosteric interactions", Proc. Natl. Acad. Sci. USA 84:1891-1895