Mutationsanalyse af Ca 2+ - og nukleotidbinding, katalytisk funktion, og intramolekylær kommunikation i Ca 2+ -ATPasen i sarkoplasmatisk retikulum

Denne ph.d.-afhandling er baseret på arbejde udført ved Fysiologisk Institut, Aarhus Universitet, i perioden fra september 1998 til december 2002. Formålet har været at undersøge sammenhængen mellem struktur og funktion af Ca2+ -ATPasen i sarko(endo)plasmatisk retikulum for at opnå ny information om den molekylære mekanisme for aktiv Ca2+ -transport. Ca2+ -ATPasen transporterer under forbrug af energi i form af ATP Ca2+ ioner fra cytoplasmafasen til lumen, så der skabes en Ca2+ -koncentrationsgradient. Der-ved spiller Ca2+ -ATPasen en afgørende rolle for cellens Ca2+ -homeostase og en lang række fysiologiske processer, der afhænger af Ca2+ -signalering. På trods af store fremskridt i de senere år med hensyn til forståelsen af aktiv iontransport er mange fundamentale spørgsmål stadig ubesvarede. I det foreliggende studie er der anvendt mutationsanalyse til at udpege de af Ca2+ -ATPase-proteinets aminosyresidekæder, som deltager i bindingen af ATP og Mg2+ , i katalysen af fosforylerings- og defosforyleringsreaktionerne, samt i migrationen af Ca2+ -ioner. De muterede Ca2+ -ATPaser er blevet undersøgt med hurtigkinetiske metoder, der gør det muligt at analysere de individuelle trin i reaktionscyklus inden for millisekunder og derved bestemme ændringerne i mutanterne i forhold til vildtypeenzymet. Resultaterne har givet afgørende ny viden om strukturen af bindingsstederne for ATP og den katalytiske Mg2+ -ion, samt om hvorledes Ca2+ -ionerne bevæger sig fra cytoplasmafasen til de højaffine bindingssteder i Ca2+ -ATPasens membranregion. Som helhed bidrager afhandlingen til en øget forståelse af de enkelte aminosyresidekæders rolle i de reaktioner, der fører til omsætningen af energien i ATP til bevægelse af Ca2+ -ioner over membranen.