RUB-Chemiker "verfilmen" die Proteinfaltung
Cover der Zeitschrift
Proteine ordnen das Wasser
Aus ihren vorangegangenen Arbeiten wussten die Forscher aus Bochum und der University of Illinois, dass Proteine das Wasser in ihrer Umgebung stark beeinflussen: Im unbeeinflussten Wasser werden die Wasserstoffbrückenbindungen zwischen den einzelnen Molekülen ca. alle 1,3 Picosekunden geöffnet und geschlossen - es herrscht ziemliche Unordnung. Schon kleine Konzentrationen von Proteinen bringen die Wassermoleküle allerdings mehr auf Linie: Die dynamischen Bewegungen des Wassernetzwerkes werden durch das Protein verändert. Bekannt war ebenfalls, dass gefaltete Proteine einen deutlich anderen Einfluss auf die Wassermoleküle ausüben als ungefaltete. Die KITA-Spektroskopie erlaubte jetzt erstmals Einblicke in die Zeit zwischen diesen beiden Zuständen.
Wasser und Protein sind stark gekoppelt
Bei der KITA-Spektroskopie werden kurze Terahertz-Pulse ausgesandt, die in Millisekundenauflösung Einzelbilder des beobachteten Prozesses liefern. Die Chemiker starteten den Proteinfaltungsprozess und zeichneten dann die Geschehnisse auf. Es zeigte sich, dass schon binnen weniger als zehn Millisekunden sowohl die Bewegungen des Wassernetzwerks verändert waren, als auch das Protein sich umstrukturierte. "Diese beiden Prozesse laufen praktisch gleichzeitig ab", so Prof. Havenith-Newen, "sie sind stark aneinander gekoppelt." Diese Beobachtung unterstützt die noch umstrittene Annahme, dass das Wasser an der Proteinfaltung, und somit auch an der Proteinfunktion, erheblich beteiligt ist und nicht passiv bleibt. Erst dann findet im Protein ein zweiter wesentlich langsamerer Schritt (über einen Zeitraum von 0,9 Sekunden) statt, bei dem es die endgültige, gefaltete Struktur einnimmt.
Förderung durch HFSP
Die Arbeiten wurden durch das Human Frontier Science Programme (HFSP) finanziert. Martin Gruebele war als Friedrich-Wilhelm Besselpreisträger der Alexander von Humboldtstiftung an der Fakultät für Chemie der RUB.
Titelaufnahme
Seung Joong Kim, Benjamin Born, Martina Havenith, and Martin Gruebele: Real-time detection of protein-water dynamics upon protein folding by Terahertz absorption. In: Angewandte Chemie, Hot Topic Beitrag http://www3.interscience.wiley.com/journal/121356250/abstract
Weitere Informationen
Prof. Dr. Martina Havenith, Fakultät für Chemie und Biochemie der Ruhr-Universität Bochum, Tel. 0234/32-24249, Fax: 0234/32-14183, E-Mail: martina.havenith@ruhr-uni-bochum.de
- http://www3.interscience.wiley.com/journal/121356250/abstract - Abstract des Beitrags
