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Die Adenylatkinase ist ein essentielles Haushaltsenzym, das den Energiehaushalt in der Zelle kontrolliert, indem es die reversible Phosphorylierung von Adenylatmonophosphat (AMP) katalysiert, wobei Adenylattriumphosphat (ATP) als Phosphoryldonor verwendet wird. Wird der Phosphoryldonor ATP durch das analoge Guanosintri-Phosphat (GTP) ersetzt, verringert sich die Aktivität um zwei Größenordnungen. Sowohl ATP als auch GTP sind in den Zellen in ähnlichen Konzentrationen vorhanden: 3 mM für ATP und 0,5 mM für GTP. ATP und GTP haben jedoch sehr unterschiedliche Aufgaben in der Zelle: ATP ist der Hauptenergieträger in der Zelle, während GTP spezifische Aufgaben in vielen Signalwegen hat. Daher ist die Selektivität von Adk sehr wichtig, um den intrazellulären GTP-Pool zu schützen.
Durch eine Untersuchung, die NMR, Röntgenkristallographie und organische Synthese kombiniert, konnten wir die molekulare Grundlage für die ATP- gegenüber der GTP-Selektivität von Adk bestimmen. Wir haben gezeigt, dass Adk GTP bindet, und zwar fast genauso stark wie ATP. Allerdings bindet es in einer katalytisch gehemmten Konformation. Die Bindung von ATP hingegen erfolgt in einer Konformation, die eine große, aktivierende Konformationsänderung in Adk hervorruft. Außerdem besteht die Bindungsfläche, die sowohl die produktive ATP-Bindung als auch die unproduktive GTP-Bindung vermittelt, zum Teil aus denselben Aminosäureresten. Durch die Synthese neuer ATP-Analoga konnten wir außerdem eine einzige Wechselwirkung zwischen der Adenosineinheit von ATP und dem Rückgrat des Enzyms aufspüren, die für den Unterschied zwischen ATP- und GTP-Bindungskonformationen wesentlich ist.
Unsere Erkenntnisse sind wahrscheinlich allgemeiner Natur, da zum Beispiel alle Familien menschlicher Proteinkinasen die gleiche lebenswichtige Wechselwirkung zwischen ATP und dem Rückgrat des Proteins aufweisen, die wir untersucht haben.