Spike-Bindungsregion und Rezeptor
In diesem Modell ist vom Spike-Protein von SARS-Cov2 nur die Rezeptor-Bindedomäne (RBD) zu sehen. Die Atome der Aminosäuren sind als gelbe Kugeln dargestellt. Der Rezeptor, das Angiotensin konvertierende Enzym (ACE2) ist blassblau dargestellt (nur der für die Bindung relevante Teil) (auf die Schaltfläche klicken zur Rundumansicht) . (es ist eine gute Idee, die Schaltflächen in konsekutiver Reihenfolge anzuklicken - immer nur einmal - weil es wegen meiner Programmierfaulheit/unwissenheit sonst zu unvorhergesehenen Effekten kommen kann)
Hier geht es um die Bindung des Corona-Spikeproteins an den Rezeptor. Die Strukturforscher haben ausgetüftelt, daß 17 Aminosäuren im Spikeprotein für die Bindung verantwortlich sind . In dem Rezeptor ACE2 sind 20 Aminosäuren beteiligt . Von diesen Aminosäuren (grün) können nur die elektrisch geladenen Atome zur Bindung beitragen: rot = Sauerstoff (negative Ladung), blau = Stickstoff (positive Ladung). Sie können nichts sehen? Eine kovalente chemische Bindung in einem Molekül hat eine Länge von ca. 1,5 Å (das sind 150 pm, 1 pm = 10-12 m = 1 Milliardstel mm). Die Bindungen zwischen Spike und ACE2 sind Wasserstoffbindungen mit einer Länge von 2,6 bis 3,7 Å, deshalb auch keine kovalenten Bindungen. Sie sind aber kurz genug, um die Sicht zwischen die Proteine zu beeinträchtigen. Um Details zu erkennen, trennen wir die Proteine und bringen die Kontaktflächen in Sicht . Was sich wie Gummibänder zwischen den Proteinen spannt, sind die Wasserstoffbindungen, die SARS-Cov2 an ACE2 angedockt halten. Die beteiligten Wasserstoffatome können bei dieser Untersuchungsmethode nicht lokalisiert werden, weil sie zu winzig sind.
2003 gab es schon einmal ein SARS-Coronavirus, das sich nicht so schnell und weit ausbreitete wie Cov2. Warum ist Cov2 rabiater? Man kann "im Reagenzglas" die Bindung des Spike-Proteins an den Rezeptor messen. Bei Cov2 ist die Affinität zu ACE2 etwa 15mal höher. Ein Grund ist, daß die Wasserstoffbindungen in der Kontaktfläche anders sind . Was ist mit den "noch ansteckenderen" Varianten von Cov2 aus England, Südafrika und Brasilien? Es gibt bis heute noch keine Strukturdaten, aber man kann an dem Cov2-Modell sehen, was mutiert ist . Die Mutationen E484K (im Klartext: Glutaminsäure an der Position 484 in der Proteinkette ist durch Lysin ersetzt) , N501Y (Asparagin durch Tyrosin ersetzt) und K417N/T (Lysin durch Asparagin oder Threonin ersetzt) verändern alle die elektrischen Eigenschaften der Bindeoberfläche. In anderen Bereichen des Spike-Proteins gibt es weitere Mutationen, die den Infektionsablauf beeinflussen.
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Literatur:
J Lan et al, Nature 581, 215-220 (2020), DOI: 10.1038/s41586-020-2180-5
Der verwendete Strukturfile wurde aus 2ajf.pdb und 6m0j.pdb zusammengesetzt.
N R Faria et al, https://virological.org/t/genomic-characterisation-of-an-emergent-sars-cov-2-lineage-in-manaus-preliminary-findings/586
Zum genaueren Nachlesen der Virenevolution: D-Y Oh et al, Dtsch Arztebl 2021; 118(9): A-460 / B-388: "SARS-CoV-2-Varianten: Evolution im Zeitraffer"