Skip to main content

LUP Student Papers

LUND UNIVERSITY LIBRARIES

A crystallographic study of effector and substrate binding for the class III ribonucleotide reductase from Thermotoga maritima

Bågenholm, Viktoria LU (2013) KEMT30 20122
Department of Chemistry
Abstract (Swedish)
Popular Science Summary
Konsten att kunna ta bort ett syre
Alla celler har DNA, som måste repareras och kopieras för att livet ska fortgå. För att kunna göra detta måste det finnas byggstenar. En av alla processer som ser till att alla delar finns i rätt mängd innefattar bara ett protein. Ett protein som får instruktioner från många håll för att gå igenom en komplicerad process som tillverkar dessa byggstenar: genom att bara ta bort ett enda syre.
Livet består av celler som innehåller DNA, instruktionsboken för hur alla proteiner i kroppen ska byggas upp. Proteinerna är cellens arbetshästar som utför alla de funktioner som cellen behöver. När kroppen tillverkar protein gör den först en arbetskopia av DNA, RNA, som läses av för att veta... (More)
Popular Science Summary
Konsten att kunna ta bort ett syre
Alla celler har DNA, som måste repareras och kopieras för att livet ska fortgå. För att kunna göra detta måste det finnas byggstenar. En av alla processer som ser till att alla delar finns i rätt mängd innefattar bara ett protein. Ett protein som får instruktioner från många håll för att gå igenom en komplicerad process som tillverkar dessa byggstenar: genom att bara ta bort ett enda syre.
Livet består av celler som innehåller DNA, instruktionsboken för hur alla proteiner i kroppen ska byggas upp. Proteinerna är cellens arbetshästar som utför alla de funktioner som cellen behöver. När kroppen tillverkar protein gör den först en arbetskopia av DNA, RNA, som läses av för att veta hur proteinerna ska tillverkas. Man tror att livet började med att använda RNA som instruktionsbok, men det blir fel mycket mer sällan man kopierar DNA. Eftersom instruktionsboken måste kopieras väldigt ofta tror man att livet bytte till den nuvarande organisationen.
Både DNA och RNA består av samma typ av byggstenar: dA, dT, dG och dC för DNA och A, U, G, och C för RNA. Detta ”alfabet” beskriver hur alla proteiner ska se ut. Kroppen måste kunna reparera sitt DNA, samt kunna kopiera DNA till nya celler. För att kunna göra det behövs dessa byggstenar i lagom stora mängder, till exempel genom att göra om byggstenarna i RNA: den enda skillnaden mellan dessa två typer av molekyler är nämligen ett syre. Problemet är att detta syre sitter väldigt hårt på molekylen. Det protein som tar bort det syret heter ribonukleotid reduktas, eller RNR.
Hur fungerar RNR? Och hur ser det ut?
Eftersom RNR behöver göra alla byggstenar till DNA i rätt mängd kontrolleras den av dessa byggstenar, som sätter sig på en specifik plats i proteinet. Till exempel: när dG sätter sig på RNR säger den åt RNR att göra dA. A sätter sig på en annan plats i proteinet, där ett syre tas bort och man får dA. Om man vet hur dessa två platser ser ut kan man försöka räkna ut hur det hela fungerar.
Eftersom byggstenarna i DNA är så viktiga så finns RNR nästan överallt och har utvecklats olika i olika organismer. Därför behöver RNR tittas på, för att förstå hur de olika typerna fungerar. En sorts RNR är anaerob, dvs den förstörs av syre. För de andra typerna har man vetat hur proteinet ser ut när alla de olika byggstenarna sätter sig på det, men för den anaeroba typen har man bara vetat hur det ser ut när byggstenarna i DNA sitter på den och säger vad den ska göra. Detta projekt har lyckats ta fram bilder på hur detta protein ser ut både med endast byggstenarna i DNA, samt när både byggstenarna i DNA och RNA sitter på det. Detta öppnar dörren till ökad förståelse för vad exakt det är som händer när syret i RNA molekylen försvinner. (Less)
Abstract
The protein ribonucleotide reductase catalyses the de novo synthesis of deoxyribonucleotides (dNTPs) from ribonucleotides (NTPs), using radical chemistry. It is under strict allosteric regulation, partly from the dNTPs it synthesises that regulate what substrate should be synthesised, but also from dATP/ATP, which regulates overall activity. It is a protein that is found in almost every living organism and it has been subdivided in to three main classes: class I is strictly aerobic, class II indifferent to the presence of oxygen and class III is anaerobic. They all share a similar fold and reaction mechanism and most of them, with the exception of class II, require two different sets of homodimers to function: one generating the radical,... (More)
The protein ribonucleotide reductase catalyses the de novo synthesis of deoxyribonucleotides (dNTPs) from ribonucleotides (NTPs), using radical chemistry. It is under strict allosteric regulation, partly from the dNTPs it synthesises that regulate what substrate should be synthesised, but also from dATP/ATP, which regulates overall activity. It is a protein that is found in almost every living organism and it has been subdivided in to three main classes: class I is strictly aerobic, class II indifferent to the presence of oxygen and class III is anaerobic. They all share a similar fold and reaction mechanism and most of them, with the exception of class II, require two different sets of homodimers to function: one generating the radical, the other carrying out the synthesis.

This project continues previous work on the class III ribonucleotide reductase from Thermotoga maritima (tmNrdD), a thermophile first discovered in the vicinity of sea vents off the coast of Italy. The protein was expressed in Escherichia coli, purified and the purification optimised. Crystallisation was carried out and optimised for substrate and effector binding. X-ray diffraction data were collected to obtain structures of the various effector substrate complexes, to study their differences in structure for further insight into the protein’s allosteric substrate specificity regulation.

tmNrdD was successfully purified and several structures with effector, as well as with effector and substrate, were obtained. The effector-substrate complex dATP-CTP bound in accordance with structures of the same effector substrate complex from class II. (Less)
Please use this url to cite or link to this publication:
author
Bågenholm, Viktoria LU
supervisor
organization
course
KEMT30 20122
year
type
H2 - Master's Degree (Two Years)
subject
keywords
Proteinvetenskap, Protein Science
language
English
id
3920749
date added to LUP
2013-07-22 15:48:21
date last changed
2014-12-31 03:58:35
@misc{3920749,
  abstract     = {The protein ribonucleotide reductase catalyses the de novo synthesis of deoxyribonucleotides (dNTPs) from ribonucleotides (NTPs), using radical chemistry. It is under strict allosteric regulation, partly from the dNTPs it synthesises that regulate what substrate should be synthesised, but also from dATP/ATP, which regulates overall activity. It is a protein that is found in almost every living organism and it has been subdivided in to three main classes: class I is strictly aerobic, class II indifferent to the presence of oxygen and class III is anaerobic. They all share a similar fold and reaction mechanism and most of them, with the exception of class II, require two different sets of homodimers to function: one generating the radical, the other carrying out the synthesis.

This project continues previous work on the class III ribonucleotide reductase from Thermotoga maritima (tmNrdD), a thermophile first discovered in the vicinity of sea vents off the coast of Italy. The protein was expressed in Escherichia coli, purified and the purification optimised. Crystallisation was carried out and optimised for substrate and effector binding. X-ray diffraction data were collected to obtain structures of the various effector substrate complexes, to study their differences in structure for further insight into the protein’s allosteric substrate specificity regulation.

tmNrdD was successfully purified and several structures with effector, as well as with effector and substrate, were obtained. The effector-substrate complex dATP-CTP bound in accordance with structures of the same effector substrate complex from class II.},
  author       = {Bågenholm, Viktoria},
  keyword      = {Proteinvetenskap,Protein Science},
  language     = {eng},
  note         = {Student Paper},
  title        = {A crystallographic study of effector and substrate binding for the class III ribonucleotide reductase from Thermotoga maritima},
  year         = {2013},
}