Mechanism of biotin dependent carboxylation

• Applicant: Professor Dr. Stefan Berger (†)
• Subject Area: Organic Molecular Chemistry - Synthesis and Characterisation
• Term: from 2001 to 2004
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 5330536

Der Aufbau von C-C-Verknüpfungen stellt eine der Grundlagen des Lebens dar. In der Natur dient hierzu die Carboxylierungsreaktion, bei der biotinabhängige Enzymsysteme verantwortlich sind. Diese übertragen ein CO2-Molekül intermediär an enzymgebundenes Biotin und von dort weiter auf ein organisches Substrat. Ziel des beantragten Projekts ist es, die detaillierte Kenntnis der biotinabhängigen Carboxylierungsreaktion mit Mitteln der NMR-Spektroskopie zu vertiefen. Eine mögliche Konformationsänderung des Carrier-Proteins im Carboxylierungsschritt soll beobachtet werden. Mit einem Carrier-Protein, das sowohl im Biotin-Teil als auch selbst mit Isotopen markiert ist, erhoffen wir uns mit Hilfe von 1H,15N- und 1H,13C-NMR-Messungen während des Ablaufs der unter quasi stationären Bedingungen durchgeführten Carboxylierungsreaktion eine Antwort, ob sich signifikante chemische Verschiebungsänderungen nicht nur an der Kopfgruppe des Biotins, sondern auch an den in der Nähe liegenden Aminosäureresten des Carrier-Proteins ergeben. Das genaue Verständnis dieser Vorgänge könnte zu Fortschritten bei der biomimetischen CO2-Fixierung führen. Ein zweites Ziel ist ein Beitrag zum Verständnis der Carboxylierung freien, d.h. nicht carriergebundenen Biotins durch die Carboxylasen. Hier erhebt sich die Frage, wie Biotin an das Makromolekül andockt. Ein vollständig in der Kopfgruppe markiertes Biotin wird es ermöglichen zu prüfen, ob das N-3'-Atom bei der Andockung an Carboxylasen beteiligt ist. Wir versuchen hierbei, die Unterschiede im Verhalten von proteingebundener prosthetischer Gruppe und freiem Effektor-Molekül zu verstehen.

• DFG Programme: Research Grants