989 resultados para Protein Crystallization


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In order to study quantitatively the effects of forced solution on crystal growth, we designed a new set of experimental equipment, in particular, a microchannel mixer was used as crystallization container so that the consumption of protein samples was much reduced and thus an exact syringe pump could be used for precise control of the flow rates. Since the mixer’s section was designed to be rectangular, the solution velocity in its center was steady and constant, and thus repeatable experiments were facilitated. Experimental results showed that the effects of forced solution on protein crystal growth were different under different levels of supersaturation, and new results were obtained for cases of high supersaturation. When the supersaturation is σ = 2.3, with increasing flow rates the growth rates of the lysozyme crystal’s (110) face hardly change when the flow rates are lower than 1300 μm/s, and decrease quickly afterwards. When the flow rate reaches 2000 μm/s, the crystal nearly ceases to grow. When the supersaturation is σ = 2.7, with increasing flow rates the (110) face growth rates increase at the beginning then reach the maximum values at 1700 μm/s – 1900 μm/s and decrease afterwards, approaching zero or so when the flow rate reaches 12000 μm/s. The higher the supersaturation, the larger the flow rate at which the crystal ceases to grow. © 2010 WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim

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By molecular dynamics (MD) simulations we study the crystallization process in a model system whose particles interact by a spherical pair potential with a narrow and deep attractive well adjacent to a hard repulsive core. The phase diagram of the model displays a solid-fluid equilibrium, with a metastable fluid-fluid separation. Our computations are restricted to fairly small systems (from 2592 to 10368 particles) and cover long simulation times, with constant energy trajectories extending up to 76x10(6) MD steps. By progressively reducing the system temperature below the solid-fluid line, we first observe the metastable fluid-fluid separation, occurring readily and almost reversibly upon crossing the corresponding line in the phase diagram. The nucleation of the crystal phase takes place when the system is in the two-fluid metastable region. Analysis of the temperature dependence of the nucleation time allows us to estimate directly the nucleation free energy barrier. The results are compared with the predictions of classical nucleation theory. The critical nucleus is identified, and its structure is found to be predominantly fcc. Following nucleation, the solid phase grows steadily across the system, incorporating a large number of localized and extended defects. We discuss the relaxation processes taking place both during and after the crystallization stage. The relevance of our simulation for the kinetics of protein crystallization under normal experimental conditions is discussed. (C) 2002 American Institute of Physics.

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In der vorliegenden Arbeit werden verschiedene Enzyme des Ajmalin-Biosynthesewegs aus der Arzneipflanze Rauvolfia serpentina charakterisiert. Dabei handelt es sich einerseits um die Vomilenin-Reduktase und die 2β-(R)-1.2-Dihydrovomilenin-Reduktase. Es wurden Versuche unternommen, diese Enzyme heterolog zu exprimieren. Eine aktive Expression konnte nicht durchgeführt werden, was mit großer Wahrscheinlichkeit auf Modifikationen in der Ursprungspflanze zurückzuführen ist. Allerdings bestehen auch Zweifel, ob es sich bei den Volllängenklonen um die cDNAs der Reduktasen handelte. Zum anderen sollte eine Strukturaufklärung der Vinorin-Synthase im Komplex mit Liganden vorgenommen werden. Die erhaltenen Proteinkristalle stellten sich als derart empfindlich gegenüber Schwankungen ihrer Umgebung und dem Eindringen von Liganden in den Kristall dar, dass eine erfolgreiche Komplexierung und strukturelle Beschreibung durch Röntgenstrukturanalyse nicht möglich war. Weiterhin wurden Mutagenesestudien mit der Vinorin-Synthase durchgeführt. Eine Asparaginsäure bildet eine Salzbrücke mit einem Arginin. Alle durchgeführten Mutationen dieser Asparaginsäure führten zu einem absoluten Aktivitätsverlust. Eine Funktion des Asparagins 277, als mitverantwortliche Aminosäure zur Bindung des Co-Substrats Acetyl-CoA, konnte anhand der Mutagenesestudien ausgeschlossen werden. Weiterhin ist es erstmals gelungen die Polyneuridinaldehyd-Esterase aus Rauvolfia serpentina zu kristallisieren. Schließlich konnte die dreidimensionale Struktur der Polyneuridinaldehyd-Esterase aufgeklärt werden. Es folgte eine Beschreibung struktureller Eigenschaften der Polyneuridinaldehyd-Esterase im Vergleich zu einem Modell, welches durch ein „Molecular Modelling“ erstellt wurde.

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Wie alle Eukaryoten besitzen auch höhere Pflanzen ein mikrotubuläres Cytoskelett. Einige Funktionen dieses Cytoskeletts sind relativ stark konserviert, andere dagegen scheinen sehr pflanzenspezifisch zu sein. Dies betrifft insbesondere charakteristische mikrotubuläre Netzwerke, die bei der Neubildung und der Verstärkung der Zellwände wichtige Rollen übernehmen. Wie der Aufbau dieser Netzwerke kontrolliert wird, ist bisher relativ unklar. Typische Mikrotubuli organisierende Zentren (MTOC), insbesondere Centrosomen oder Spindelpolkörper, sind bei höheren Pflanzen nicht beobachtet worden. Von pilzlichen und tierischen Organismen weiß man, dass gamma-Tubulin (gTUB) mit seinen assoziierten Proteinen in den MTOC bei der Nukleation von Mikrotubuli eine Schlüsselfunktion hat. Dieses Mitglied der Tubulin-Superfamilie wird aber auch in Pflanzen gefunden, dessen genaue Funktion bisher unbekannt ist. Zu Beginn der Arbeit wurden mittels in silico Berechnungen Strukturmodelle des pflanzlichen gTUBs aus Nicotiana tabacum erarbeitet, da die Struktur, die zu einem Verständnis der pflanzlichen Wachstumsregulation beitragen könnte, bisher unbekannt ist. Auf Grundlage der bioinformatischen Daten konnte für weitere Studien eine notwendige gTUB-Deletionsmutante entwickelt werden. Für Röntgendiffraktionsstudien und gTUB-Interaktionspartneranalysen war die Verfügbarkeit verhältnismäßig großer Proteinmengen notwendig. Die Expression der gTUB-Volllängensequenz in gelöster und aktiver Form stellte einen immanent wichtigen Zwischenschritt dar. Das Escherichia coli T7/lacO-Expressionssystem lieferte, trotz vielversprechender Erfolge in der Vergangenheit, kein gelöstes rekombinantes gTUB. So wurden zwar verhältnismäßig hohe Expressionsraten erzielt, aber das rekombinante gTUB lag quantitativ als Inclusion bodies vor. Eine Variationen der Expressionsparameter sowie umfangreiche Versuche mittels verschiedenster Konstrukte sowie potentiell die Löslichkeit erhöhenden Tags gTUB in gelöster Form in E. coli zu exprimieren blieben erfolglos. Eine Denaturierung der Inclusion bodies und Rückfaltung wurde aufgrund der wohl bei der Tubulinfaltung notwendigen komplexeren Chaperone sowie thermodynamischer Überlegungen ausgeschlossen. Die höher evolvierte Chaperonausstattung war ein Hauptgrund für die Verwendung der eukaryotischen Hefe-Expressionssysteme K. lactis und des S. cerevisiae-Stammes FGY217 zur gTUB-Expression. So konnten nach der Selektion nur transgene Hefe-Zellen dokumentiert werden, die die gTUB-Expressionskassette nachweislich an der vorgesehenen Zielposition in ihrem Genom integrierten, aber keine dokumentierbare Expression zeigten. Die wahrscheinlichste Begründung hierfür ist, dass ein erhöhter intrazellulärer gTUB-Titer mit dem Zellwachstum und der Zellteilung dieser eukaryotischen Organismen interferierte und durch Rückkopplungen die rekombinante gTUB-CDS aus N. tabacum ausgeschaltet wurde. Der Versuch einer transienten gTUB-Überexpression in differenzierten Blattgeweben höherer Pflanzen war eine logische Konsequenz aus den vorherigen Ergebnissen und lieferte, wenn auch nicht die für eine Proteinkristallisation notwendigen Mengen, gelöstes gTUB. Bestrebungen einer stabilen Transfektion von A. thaliana oder BY-2-Zellkulturen mit einer gTUB-CDS lieferten keine transgenen Organismen, was starke Interferenzen der rekombinanten gTUB-CDS in den Zellen vermuten lies. Transfektionsversuche mit nur GFP tragenden Konstrukten ergaben hingegen eine hohe Anzahl an transgenen Organismen, die auch verhältnismäßig starke Expressionsraten zeigten. Die erzielten Proteinmengen bei der transienten gTUB-Überexpression in N. benthamiana Blattgeweben, in Co-Expression mit dem Posttransriptional Gene Silencing-Suppressorprotein p19, waren für einen Pull-Down sowie eine massenspektroskopische Analyse der Interaktionspartner ausreichend und ergaben Befunde. Eine abschließende Auswertung des erarbeiteten massenspektroskopischen Datensatzes wird jedoch erst dann möglich sein, wenn das Tabak-Proteom vollständig sequenziert ist. Die Erweiterung der bestehenden pflanzlichen Vergleichsdatenbanken um das bisher bekannte Tabak-Proteom vervielfachte die Anzahl der in dieser Studie identifizierten gTUB-Interaktionspartner. Interaktionen mit dem TCP1-Chaperon untermauern die Hypothese der zur Faltung pflanzlichen gTUBs notwendigen Chaperone. Beobachtete gTUB-Degradationsmuster in Verbindung mit Interaktionen des 26S-Proteasoms deuten auf eine Gegenregulationen bei erhöhtem gTUB-Titer auf Proteinebene hin. Da Blattgewebe selbst nur noch über eine sehr geringe und inhomogene Teilungsaktivität verfügen ist diese Regulation hoch spannend. Auch konnte durch Co-Expression des PTGS-Suppressorproteins p19 gezeigt werden, dass bei der gTUB-Expression eine Regulation auf RNA-Ebene erfolgt.

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The fusion of a protein of interest to a large-affinity tag, such as the maltose-binding protein (MBP), thioredoxin (TRX), or glutathione-S-transferase (GST), can be advantageous in terms of increased expression, enhanced solubility, protection from proteolysis, improved folding, and protein purification via affinity chromatography. Unfortunately, crystal growth is hindered by the conformational heterogeneity induced by the fusion tag, requiring that the tag is removed by a potentially problematic cleavage step. The first three crystal structures of fusion proteins with large-affinity tags have been reported recently. All three structures used a novel strategy to rigidly fuse the protein of interest to MBP via a short three- to five-amino acid spacer. This strategy has the potential to aid structure determination of proteins that present particular experimental challenges and are not conducive to more conventional crystallization strategies (e.g., membrane proteins). Structural genomics initiatives may also benefit from this approach as a way to crystallize problematic proteins of significant interest.

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The crystal structure of human phenylethanolamine N-methyltransferase (hPNMT) reveals a disulfide- linked dimer, despite the presence of reducing agent in the crystallisation conditions. By removing the reducing agent, hPNMT crystals grow more rapidly and at lower protein concentrations. However, it was unclear whether the disulfide bonds are only present in the crystal form or whether these affect enzyme activity. The solution oligomeric state of hPNMT was investigated using biochemical techniques and activity assays. We found that in the absence of reducing agent, hPNMT forms dimers in solution. Furthermore, the solution dimer of hPNMT incorporates disulfide bonds, since this form is sensitive to reducing agent. The C48A and C139A mutants of hPNMT, which are incapable of forming the disulfide bond observed in the crystal structure, have a decreased propensity to form dimer in solution. Those dimers that do form are also sensitive to reducing agent. Further, the C48A/C139A double mutant shows only monomeric behaviour. Both dimeric and monomeric hPNMT, as well as mutants have wildtype enzyme activity. These results show that a variety of disulfides, including those observed in the crystal structure, can form in solution. In addition, disulfide-linked dimers are as active as the monomeric enzyme indicating that the crystal structure of the protein is a valid target for inhibitor design. Crown Copyright (c) 2005 Published by Elsevier B.V. All rights reserved.

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Temperature is an important parameter controlling protein crystal growth. A new temperature-screening system (Thermo-screen) is described consisting of a gradient thermocycler fitted with a special crystallization-plate adapter onto which a 192-well sitting-drop crystallization plate can be mounted (temperature range 277-372 K; maximum temperature gradient 20 K; interval precision 0.3 K). The system allows 16 different conditions to be monitored simultaneously over a range of 12 temperatures and is well suited to conduct wide (similar to 20 K) and fine (similar to 3 K) temperature-optimization screens. It can potentially aid in the determination of temperature phase diagrams and run more complex temperature-cycling experiments for seeding and crystal growth.

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The antitumour protein from the α-endotoxin of Bacillus thuringiensis var. thuringiensis has been purified, crystallized and partially characterized. The same protein also shows the insecticidal activity. According to amino acid analysis it is an acidic protein with a molecular weight of approx. 13 000.

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The antitumour protein from the α-endotoxin of Bacillus thuringiensis var. thuringiensis has been purified, crystallized and partially characterized. The same protein also shows the insecticidal activity. According to amino acid analysis it is an acidic protein with a molecular weight of approx. 13 000.

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G protein-coupled receptor kinase 2 (GRK2) phosphorylates activated G protein-coupled receptors (GPCRs), which ultimately leads to their desensitization and/or downregulation. The enzyme is recruited to the plasma membrane via the interaction of its carboxyl-terminal pleckstrin-homology (PH) domain with the beta and gamma subunits of heterotrimeric G proteins (Gbetagamma). An improved purification scheme for GRK2 has been developed, conditions under which GRK2 forms a complex with Gbeta(1)gamma(2) have been determined and the complex has been crystallized in CHAPS detergent micelles. Crystals of the GRK2-Gbetagamma complex belong to space group C2 and have unit-cell parameters a = 187.0, b = 72.1, c = 122.0 A, beta = 115.2 degrees. A complete data set has been collected to 3.2 A resolution with Cu Kalpha radiation.

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X-ray crystallography is the predominant method for obtaining atomic-scale information about biological macromolecules. Despite the success of the technique, obtaining well diffracting crystals still critically limits going from protein to structure. In practice, the crystallization process proceeds through knowledge-informed empiricism. Better physico-chemical understanding remains elusive because of the large number of variables involved, hence little guidance is available to systematically identify solution conditions that promote crystallization. To help determine relationships between macromolecular properties and their crystallization propensity, we have trained statistical models on samples for 182 proteins supplied by the Northeast Structural Genomics consortium. Gaussian processes, which capture trends beyond the reach of linear statistical models, distinguish between two main physico-chemical mechanisms driving crystallization. One is characterized by low levels of side chain entropy and has been extensively reported in the literature. The other identifies specific electrostatic interactions not previously described in the crystallization context. Because evidence for two distinct mechanisms can be gleaned both from crystal contacts and from solution conditions leading to successful crystallization, the model offers future avenues for optimizing crystallization screens based on partial structural information. The availability of crystallization data coupled with structural outcomes analyzed through state-of-the-art statistical models may thus guide macromolecular crystallization toward a more rational basis.

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The protein C pathway plays an important role in the control and regulation of the blood coagulation cascade and prevents the propagation of the clotting process on the endothelium surface. In physiological systems, protein C activation is catalyzed by thrombin, which requires thrombomodulin as a cofactor. The protein C activator from Agkistrodon contortrix contortrix acts directly on the zymogen of protein C converting it into the active form, independently of thrombomodulin. Suitable crystals of the protein C activator from Agkistrodon contortrix contortrix were obtained from a solution containing 2 M ammonium sulfate as the precipitant and these crystals diffracted to 1.95 angstrom resolution at a synchrotron beamline. The crystalline array belongs to the monoclinic space group C2 with unit cell dimensions a=80.4, b = 63.3 and c = 48.2 angstrom, alpha = gamma = 90.0 degrees and beta = 90.8 degrees. (C) 2005 Elsevier B.V. All rights reserved.

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The hspA gene (XAC1151) from Xanthomonas axonopodis pv. citri encodes a protein of 158 amino acids that belongs to the small heat-shock protein ( sHSP) family of proteins. These proteins function as molecular chaperones by preventing protein aggregation. The protein was crystallized using the sitting-drop vapour-diffusion method in the presence of ammonium phosphate. X-ray diffraction data were collected to 1.65 angstrom resolution using a synchrotron-radiation source. The crystal belongs to the rhombohedral space group R3, with unit-cell parameters a = b = 128.7, c = 55.3 angstrom. The crystal structure was solved by molecular-replacement methods. Structure refinement is in progress.

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Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)