Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

RUB-Forscher belegen Wechselwirkungen von Eiweißen und Wasser

20.04.2004


Forschern der Ruhr-Universität Bochum und der Universität Dortmund um Prof. Dr. Dominik Marx (Lehrstuhl für Theoretische Chemie der RUB) ist es gelungen, die Veränderung der Wasserschicht in Proteinnähe anhand einer kurzen synthetischen Eiweißkette (Peptid) sehr detailliert zu untersuchen. Fazit: Wasser ist nicht, wie bisher üblicherweise angenommen, nur Statist, sondern tritt ins Rampenlicht der Reaktion. Sein dynamisches, temperaturabhängiges Verhalten bestimmt die Proteineigenschaften maßgeblich mit. Über ihre Ergebnisse berichten die Forscher im Fachmagazin "Physical Review Letters".



Wenn wir ein Ei kochen, spielt das Wasser nicht nur um das Ei herum, sondern auch in den winzigen Strukturen des Eiweißes eine große Rolle: Forschern der Ruhr-Universität Bochum und der Universität Dortmund um Prof. Dr. Dominik Marx (Lehrstuhl für Theoretische Chemie der RUB) ist es nun gelungen, die Veränderung der Wasserschicht in Proteinnähe anhand einer kurzen synthetischen Eiweißkette (Peptid) sehr detailliert zu untersuchen. Fazit: Wasser ist nicht, wie bisher üblicherweise angenommen, nur Statist, sondern tritt ins Rampenlicht der Reaktion. Sein dynamisches, temperaturabhängiges Verhalten bestimmt die Proteineigenschaften maßgeblich mit. Über ihre Ergebnisse berichten die Forscher im Fachmagazin "Physical Review Letters".



Wasser greift aktiv in Funktion von Biomolekülen ein

Proteine (Eiweiße) sind lange Kettenmoleküle, die aus Aminosäuren in wohldefinierter Abfolge aufgebaut sind. Erhitzt man sie oder kühlt sie ab, gehen die für biologische Funktionen wichtigen Eigenschaften des nativen, gefalteten Zustands verloren ("Denaturierung"). Normalerweise ist in der Umgebung von Proteinen immer auch Wasser zu finden, das aber traditionell als unbeteiligtes Lösungsmittel betrachtet wurde. Im Laufe der Zeit haben sich jedoch die Hinweise gemehrt, dass Wasser aktiv in solche Prozesse eingreift: "Die Eigenschaften von Wasser scheinen eine bestimmende Rolle bei der Funktion von Biomolekülen zu spielen", so Prof. Marx. "Allerdings ist es schwierig, solche Effekte anhand komplexer Biomoleküle, wie sie in der Natur vorkommen, wissenschaftlich fundiert zu untersuchen." Erfolgversprechender ist das Studium von synthetischen Biomimetika, also viel einfacherer Substanzen, die den natürlich vorkommenden Molekülen nachempfunden sind und diesen in den entscheidenden Eigenschaften gleichen.

Kleines Modellmolekül untersucht

Ein solches, nur acht Bausteine umfassendes Molekül ist das Oktapeptid GVG(VPGVG). Es ist aus nur drei verschiedenen Aminosäuren (Glycin, Valin und Prolin) aufgebaut und dient als "verkleinertes" Modell für das Bindegewebsprotein Elastin. An diesem Modell konnten die Forscher mit molekulardynamischen Simulationen zeigen, dass sich die Dynamik der Wassermoleküle in unmittelbarer Nähe des Proteins bei Temperaturänderung charakteristisch verändert. Diese Veränderungen konnten sie wiederum mit Strukturänderungen des Modellproteins korrelieren. "Das gelang uns nur dank der engen Zusammenarbeit von Theoretikern und Experimentatoren in der DFG-Forschergruppe ’Wasser’ (FOR 436)", unterstreicht Prof. Marx.

Die Rolle des Grenzflächenwassers

Das kurze Modell-Peptid liegt bei ca. 50 Grad Celsius in einem maximal kompakten Zustand vor ("gefaltete Konformation") und streckt sich ("entfaltete Konformation") bei Temperatursteigerung und -senkung. Daher konnten die Forscher beide Prozesse im Temperaturbereich des flüssigen Wassers untersuchen. Sie zeigten, dass die temperaturabhängigen Strukturänderungen des Peptids sich in den Wechselwirkungen zum Wasser widerspiegeln. Insbesondere die Wasserstoffbrückenbindungen zwischen Wassermolekülen und dem Proteinrückgrat ("backbone") lassen sich im Faltungsbereich bis zu ca. 50 Grad Celsius deutlich schwerer brechen als solche zwischen Wassermolekülen in reinem Wasser ("bulk"). Dies ändert sich jedoch abrupt bei ca. 50 Grad Celsius: Bei der Entfaltung brechen die Wasserstoffbrücken mit geringerem Energieaufwand als in reinem Wasser, sie sind also gegenüber diesen geschwächt. Damit haben die Forscher erstmals die Änderung des dynamischen Verhaltens des "Grenzflächenwassers" bei Faltung und Entfaltung eines kurzen Peptids nachgewiesen. Zur Zeit untersuchen sie, ob dies ein Spezifikum kurzer Peptide, oder auch für langkettigere Proteine charakteristisch ist.

Titelaufnahme

E. Schreiner, C. Nicolini, B. Ludolph, R. Ravindra, N. Otte, A. Kohlmeyer, R. Rousseau, R. Winter, and D. Marx: Folding and Unfolding of an Elastinlike Oligopeptide: "Inverse Temperature Transition," Reentrance, and Hydrogen-Bond Dynamics. In: Physical Review Letters, Band 92, Nr. 14, S. 148101 (2004).

Weiterführende Literatur

Siehe auch R. Rousseau, E. Schreiner, A. Kohlmeyer, and D. Marx: Temperature-Dependent Conformational Transitions and Hydrogen-Bond Dynamics of the Elastin-Like Octapeptide GVG(VPGVG): a Molecular-Dynamics Study. In: Biophysical Journal, Band 86, S. 1393 (2004).
Siehe auch den populärwissenschaftlichen Artikel H. Weingärtner und D. Marx: Wasser - mehr als ein Lösungsmittel: Das Eis ist heiß. In ChemieRUBIN - Das Wissenschaftsmagazin der RUB (2003), S. 22.

Weitere Informationen

Prof. Dr. Dominik Marx, Lehrstuhl für Theoretische Chemie, Fakultät für Chemie der Ruhr-Universität Bochum, 44780 Bochum, Tel. 0234/32-28083, Fax: 0234/32-14045, E-Mail: dominik.marx@theochem.rub.de

Dr. Josef König | idw
Weitere Informationen:
http://www.theochem.rub.de
http://www.forschergruppe436.de

Weitere Berichte zu: Biomolekül Eiweiß Peptid Protein RUB Wechselwirkung

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Kieselalge in der Antarktis liest je nach Umweltbedingungen verschiedene Varianten seiner Gene ab
17.01.2017 | Stiftung Zoologisches Forschungsmuseum Alexander Koenig, Leibniz-Institut für Biodiversität der Tiere

nachricht Proteinforschung: Der Computer als Mikroskop
16.01.2017 | Ruhr-Universität Bochum

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Interfacial Superconductivity: Magnetic and superconducting order revealed simultaneously

Researchers from the University of Hamburg in Germany, in collaboration with colleagues from the University of Aarhus in Denmark, have synthesized a new superconducting material by growing a few layers of an antiferromagnetic transition-metal chalcogenide on a bismuth-based topological insulator, both being non-superconducting materials.

While superconductivity and magnetism are generally believed to be mutually exclusive, surprisingly, in this new material, superconducting correlations...

Im Focus: Erforschung von Elementarteilchen in Materialien

Laseranregung von Semimetallen ermöglicht die Erzeugung neuartiger Quasiteilchen in Festkörpersystemen sowie ultraschnelle Schaltung zwischen verschiedenen Zuständen.

Die Untersuchung der Eigenschaften fundamentaler Teilchen in Festkörpersystemen ist ein vielversprechender Ansatz für die Quantenfeldtheorie. Quasiteilchen...

Im Focus: Studying fundamental particles in materials

Laser-driving of semimetals allows creating novel quasiparticle states within condensed matter systems and switching between different states on ultrafast time scales

Studying properties of fundamental particles in condensed matter systems is a promising approach to quantum field theory. Quasiparticles offer the opportunity...

Im Focus: Mit solaren Gebäudehüllen Architektur gestalten

Solarthermie ist in der breiten Öffentlichkeit derzeit durch dunkelblaue, rechteckige Kollektoren auf Hausdächern besetzt. Für ästhetisch hochwertige Architektur werden Technologien benötigt, die dem Architekten mehr Gestaltungsspielraum für Niedrigst- und Plusenergiegebäude geben. Im Projekt »ArKol« entwickeln Forscher des Fraunhofer ISE gemeinsam mit Partnern aktuell zwei Fassadenkollektoren für solare Wärmeerzeugung, die ein hohes Maß an Designflexibilität erlauben: einen Streifenkollektor für opake sowie eine solarthermische Jalousie für transparente Fassadenanteile. Der aktuelle Stand der beiden Entwicklungen wird auf der BAU 2017 vorgestellt.

Im Projekt »ArKol – Entwicklung von architektonisch hoch integrierten Fassadekollektoren mit Heat Pipes« entwickelt das Fraunhofer ISE gemeinsam mit Partnern...

Im Focus: Designing Architecture with Solar Building Envelopes

Among the general public, solar thermal energy is currently associated with dark blue, rectangular collectors on building roofs. Technologies are needed for aesthetically high quality architecture which offer the architect more room for manoeuvre when it comes to low- and plus-energy buildings. With the “ArKol” project, researchers at Fraunhofer ISE together with partners are currently developing two façade collectors for solar thermal energy generation, which permit a high degree of design flexibility: a strip collector for opaque façade sections and a solar thermal blind for transparent sections. The current state of the two developments will be presented at the BAU 2017 trade fair.

As part of the “ArKol – development of architecturally highly integrated façade collectors with heat pipes” project, Fraunhofer ISE together with its partners...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Bundesweiter Astronomietag am 25. März 2017

17.01.2017 | Veranstaltungen

Über intelligente IT-Systeme und große Datenberge

17.01.2017 | Veranstaltungen

Aquakulturen und Fangquoten – was hilft gegen Überfischung?

16.01.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Bundesweiter Astronomietag am 25. März 2017

17.01.2017 | Veranstaltungsnachrichten

Intelligente Haustechnik hört auf „LISTEN“

17.01.2017 | Architektur Bauwesen

Satellitengestützte Lasermesstechnik gegen den Klimawandel

17.01.2017 | Maschinenbau