Virtuelle (Nano) Welten: Strukturen und Experimente: Proteinkristalle

Lysozym, auch Muramidase genannt, ist ein in Speichel, Schweiß, Tränen, Ohrenschmalz sowie Nasen- und Darmschleimhäuten, aber auch im Blutplasma vorkommendes Enzym, das gegen Bakterien wirkt, indem es deren Zellwand abbaut. Es ist wichtig für die Abwehr bakterieller Infektionen.

Die molekulare Struktur des Lysozyms aus Hühnereiweiß konnte schon 1965 von David Phillips durch Kristallstrukturanalyse aufgeklärt werden.

Hühnereiweiß-Lysozym besteht aus 129 Aminosäuren, mit einer molaren Masse von 14.388 Dalton. Der isoelektrische Punkt liegt bei pI 9–11. Lysozym weist eine globuläre Struktur auf, die aus fünf alpha-Helices und fünf beta-Faltblättern aufgebaut ist und vier Disulfidbrücken besitzt.
Lysozym spaltet die beta-1,4-glycosidische Bindung zwischen N-Acetyl-D-muraminsäure und 2-Acetylamino-2-desoxy-D-glucose (= N-Acetyl-D-glucosamin) in den Zuckerketten des Peptidoglucangerüsts der Bakterienzellwand.

Das Lysozym besitzt an Stelle 52 einen deprotonierten Asparaginsäurerest, Aspartat. An Stelle 35 liegt aufgrund der überwiegend hydrophoben angrenzenden Aminosäuren ein protonierter Glutaminsäurerest. Durch die Tertiärstruktur des Lysozyms bilden diese beiden Aminosäurereste das aktive Zentrum aus. Die Bindungsspaltung erfolgt über ein enzymatisch gebundenes Intermediat. Zunächst überträgt die Glutaminsäure 35 ihr Proton auf das Sauerstoffatom der glykosidischen Bindung. Dies erhält hierdurch einen positiven Ladungsschwerpunkt, der durch Resonanzstabilisierung zum C1-Atom des N-Acetylglucosamins übertragen wird. Es wird eine ionische Bindung zum negativ geladenen Aspartat 52 ausgebildet. Nun kommt es zum Umklappen der Sesselkonformation des enzymatisch gebundenen Substrates. Hierdurch wird die Bindung letztlich gespalten. Das jetzt vorliegende Glutamat 35 entzieht Wasser basenkatalytisch ein Proton, wobei sich das entstehende Hydroxidion an das C1-Atom des N-Acetylglucosamins anlagert. Dadurch ist dessen positiver Ladungsschwerpunkt aufgehoben und die Bindung an das Enzym nicht mehr stabil. Lysozym spaltet immer nur Disaccharide vom Peptidoglycan ab, da es nur jede zweite Bindungsstelle angreifen kann, denn die N-Acetylmuraminsäure muss hierzu immer am C4-Atom gebunden sein.

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