Die Vertreter der Enzymklasse der Peptidyl Prolyl cis/trans Isomerasen (PPIasen) sind ubiquitär verbreitet und evolutionär hochkonserviert. Bis heute ist trotz einer Vielzahl von Untersuchungen weder ihre enzymologische Funktionsweise noch ihre physiologische Bedeutung ausreichend verstanden. Ziele dieser Arbeit waren zum einen, den Katalysemechanismus dieser Enzyme zu untersuchen, und zum anderen, das Methodenspektrum zu erweitern, mit welchem diese Enzyme und die von ihnen katalysierten Reaktionen untersucht werden können. Im ersten Teil der vorliegenden Dissertationsschrift wurde die Interaktion von Inhibitoren und Substraten mit dem Protein am Beispiel der zwei prominentesten Vertreter dieser Enzymklasse, dem hPin1 und dem Cyclophilin18, kalorimetrisch charakterisiert. Die Ergebnisse in Kombination mit detaillierten Kristallstrukturvergleichen zeigten, dass der hochaffine Inhibitor Cyclosporin A im aktiven Zentrum von Cyclophilin18 als übergangsstrukturanaloge Verbindung gebunden wird. Die hochaffine Interaktion des hPin1- Inhibitors Ac-Phe-DThr(PO3H2)-Pip-Nal-Gln-NH2 beruht auf den strukturellen Gemeinsamkeiten mit den von hPin1 katalysierten Substraten, jedoch verhindern die nichtproteinogenen Aminosäureseitenketten des Inhibitors die effiziente Produktbildung. Im zweiten Teil der Dissertationsschrift wurde mittels in vitro PPIase-Aktivitätstests die Funktionsweise der Enzyme unter steady state- Bedingungen untersucht. Dabei wurde festgestellt, dass die Katalyse der Enzyme hCyp18, hPin1 und E. coli Par10 diffusionskontrolliert verläuft, die Aktivität von hFKBP12 jedoch unabhängig von solchen Effekten ist. Alle untersuchten PPIase-Vertreter zeigten einen inversen kinetischen Lösungsmittelisotopeneffekt im Bereich von 0,52 bis 0,86. Aus den Ergebnissen der Protonen-Inventur-Experimente konnte geschlussfolgert werden, dass sich die Übergangszustände der hCyp18- und E. coli Par10-katalysierten Reaktion gleichen und sich von dem des hFKBP12 unterscheiden. Aus dem Vergleich der kinetischen und strukturellen Eigenschaften von hCyp18 und E. coli Par10 konnte weiterhin geschlussfolgert werden, dass beide Enzyme einen ähnlichen Katalysemechanismus aufweisen. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass die positive Partialladung des Carbonylkohlenstoffs der Prolyl-Bindung im Übergangszustand durch ein polarisiertes Wassermolekül im aktiven Zentrum der Enzyme stabilisiert wird. Im dritten Teil der Dissertationsschrift wird eine neue Methode beschrieben, die es ermöglicht, langsame Strukturänderungen in Proteinen und Peptiden mittels isothermer Titrationskalorimetrie zu bestimmen. Diese Methode nutzt die hohe Sensitivität und Basislinienstabilität von modernen Titrationskalorimetern aus, um die geringen Wärmemengen zu detektieren, die mit langsamen Schritten der Proteinfaltung assoziiert sind. Die Leistungsfähigkeit der beschriebenen Methode wurde anhand der langsamen cis/trans Isomerisierung von Peptidyl-Prolyl-Bindungen in Oligopeptiden sowie anhand der Rückfaltung von denaturierter RNase A überprüft. Diese Methode möglicht es, langsame Schritte der Proteinfaltung gleichzeitig sowohl kinetisch als auch thermodynamisch zu charakterisieren. Die Ergebnisse zur Rückfaltung von RNAse A zeigten überraschenderweise, dass anders als in Oligopeptiden die cis/trans Isomerisierung stark exotherm verläuft. Der Einsatz der kalorimetrischen Methode ermöglicht es, Faltungsschritte zu detektieren, die mit klassischen spektroskopischen Methoden nicht erfassbar sind, und eröffnet somit neue Möglichkeiten zur Untersuchung dieser Reaktionen.
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