Untersuchung zur strukturellen Verwandtschaft von Putrescin N-methyltransferase und Spermidinsynthase 1 aus Datura stramonium L.

Abstract

Die Putrescin N-methyltransferase (PMT) katalysiert die S-Adenosylmethionin (SAM)-abhängige Methylierung von Putrescin am Beginn der Biosynthese von Nicotin, Tropanalkaloiden und Nortropanen. PMT hat nur geringe Ähnlichkeit mit anderen Methyltransferasen und entwickelte sich vermutlich aus der ubiquitär vorkommenden Spermidinsynthase (SPDS). PMT und SPDS1 aus Datura stramonium (Gemeiner Stechapfel, Solanaceae) waren Gegenstand einer vergleichenden Untersuchung zur Proteinstruktur. Zur erleichterten Messung der PMT-Aktivität wurde ein enzymgekoppelter, colorimetrischer Test etabliert. Homologiemodelle von PMT und SPDS (Homodimere) zeigten eine gleichartige Proteinfaltung an, legten aber eine ganz unterschiedliche Bindeposition für Putrescin in den aktiven Zentren nahe. Kumulative Mutagenese von SPDS war nicht ausreichend, um PMT-Aktivität zu erzeugen. Erst mit dem Austausch der N-terminalen Proteindomänen zwischen PMT und SPDS ließ sich der Wechsel der katalytischen Funktion erreichen. Die Ausbildung eines PMT-typischen Bindebereichs für Putrescin wurde als essenzieller Schritt in der Evolution von PMT erkannt.