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AG Zinth - Projects
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Peptide and protein folding (Biophysics) Das Problem der Proteinfaltung, d.h. die Frage wie sich eine lineare Aminosäurekette in ihre bioaktive, räumlich wohldefinierte Endform umlagert, wurde in den letzten Jahren mit verschiedenen Ansätzen intensiv untersucht. Ein verbessertes Verständins der zugrunde liegenden Mechanismen läßt sich direkt in den Gebieten der Biotechnologie, Pharmakologie oder der medizinischen Forschung einsetzen. Lokale Sekundärstrukturelemente gelten dabei allgemein als die entscheidenden Bausteine der Proteinarchitektur. Die experimentelle Beobachtung extrem schneller Faltungsreaktionen, wie z.B. die Ausbildung gewisser Sekundärstrukturmotive steht im Mittelpunkt dieses Projekts. Die Faltungsdynamik von speziellen Proteinen und Chromophor-Peptid-Verbindungen soll über einen weiten Zeitbereich mit Methoden der zeitaufgelösten optischen Spektroskopie untersucht werden. Strukturänderungen in den Biopolymeren werden dabei durch schnelle Auslösemechanismen (direkte optische Absorption in photoschaltbaren Chromophoren, Temperatursprung, pH-Sprung) initiiert. Die moderne Ultrakurzzeitspektroskopie erlaubt heute dynamische Vorgänge bis hin zu Schwingungsbewegungen direkt in der Zeitdomäne (Femtosekundenbereich) zu messen. Durch spezielle Wahl von Probe (Chromoproteine, Markermoleküle in/an Peptiden) oder experimentellen Parametern wie z.B. Abtastwellenlänge (sichtbar, nahes UV oder Infrarot) können so Strukturänderungen von den schnellsten Bewegungen (Femtosekunden- und Pikosekundenbereich) bis hin zu Änderungen der Tertiärstrukturen (Sekundenbereich) beobachtet werden. Die dabei untersuchten Systeme sind funktionelle Proteine und Chromophor-Peptid-Verbindungen unterschiedlicher Größe. Die Studien an kleinen Systemen sollen Informationen über schnell ablaufende initiale Strukturänderungen liefern und einen direkten Vergleich mit Ergebnissen der Molekulardynamiksimulation erlauben. Die Untersuchungen an den großen Chromoproteinen sollen die Kopplung von Photoreaktion und Strukturänderungen sichtbar machen und somit ein Verständnis der Funktion nativer Proteine ermöglichen. Beispiel: Zyklische Azo-Peptid-Verbindungen Azobenzol wird durch Substitution einer Amino- und einer Carboxygruppe - zu einer schnell schaltbaren pseudo-Aminosäure und kann als solche in eine Peptidkette integriert werden und dort schnelle Strukturänderungen auslösen (vgl. Bild). Diese gezielte biologische Anwendung eines photochemischen Schalters ermöglicht die Untersuchung photoinduzierter Konformationsänderungen in einem experimentell bisher unzugänglichen Zeitbereich.
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