Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Computersimulation zeigt erstmals, wie Wasser die Bindung von Proteinen fördert

30.03.2011
Saarbrücker Bioinformatiker haben einen grundsätzlichen Mechanismus entdeckt, der erklärt, warum Wasser die Bindung von Proteinen fördert.

Die Eiweißmoleküle oder Proteine sind die Grundbausteine aller Zellen und verantwortlich für fast alle Prozesse im menschlichen Körper. Dabei bilden etwa die Hälfte aller Proteine permanente oder temporäre Komplexe mit anderen Proteinen. Bisher hatte man aber nur annäherungsweise verstanden, wie die Proteine in einer wässrigen Umgebung miteinander interagieren können.

Die Saarbrücker Forscher konnten jetzt in einer Computersimulation zeigen, dass sich die Wassermoleküle in der Umgebung von Proteinen elektrostatisch ausrichten, kurz bevor sich zwei Proteine aneinanderlagern. Ihre Forschungsergebnisse haben sie in „Nature Communications“ veröffentlicht.

Bisher ging man bei vielen polaren Stoffen davon aus, dass Wasser sie eher daran hindert, miteinander zu verschmelzen. Da auch der menschliche Körper zu 60 bis 70 Prozent aus Wasser besteht, war es für Biologen lange Zeit ein Rätsel, wie sich Proteine in dieser wässrigen Umgebung aneinanderbinden. Das Forscherteam von Volkhard Helms, Professor für Bioinformatik der Universität des Saarlandes, konnte jetzt nachweisen, dass Wassermoleküle in der Nähe von Proteinen ihre elektrischen Dipole einheitlich ausrichten und dadurch das Zusammengehen von zwei Proteinen fördern. „Was dabei genau passiert, lässt sich mit folgendem Bild vergleichen: Wenn in einer Menschenmenge plötzlich von zwei Seiten Brad Pitt und Angelina Jolie auftauchen, werden sich die Fans zunächst um jeden einzelnen scharen und die beiden dadurch daran hindern, sich zu treffen. Falls sich die beiden jedoch irgendwann nah genug kommen, wird sich die Menge öffnen und den Weg freimachen, damit sich die Medienstars umarmen können“, erläutert Volkhard Helms. Ähnlich verhielten sich die Proteine, die zuerst durch das Wasser abgeschirmt seien, sich dann aber durch die bei nahen Abständen verstärkten Anziehungskräfte plötzlich aufeinander zu bewegten.

Die Saarbrücker Bioinformatiker nahmen für ihre Computersimulation ein Proteinpaar, das in menschlichen Zellen extrem fest aneinander haftet, den so genannten Barnase–Barstar-Komplex. Das Barnase-Protein ist in der Lage, die Ribonukleinsäure (RNA), die in der Zelle genetische Information in Proteine umsetzt, zu zerschneiden. Dies hat außerhalb von Zellen den Zweck, überflüssige RNA-Stränge zu vernichten. Innerhalb der Zelle wäre dieser Vorgang aber tödlich. Daher hindert das Barstar-Protein als so genannter Inhibitor die Barnase daran, in einer Zelle aktiv zu werden. Bisher war jedoch unklar, wie diese Proteine in der wässrigen Umgebung überhaupt zueinander finden. „In der Computersimulation konnten wir die einzelnen Kräfte in der Zelle berechnen und erstmals diesen Annäherungsprozess von zwei Proteinen detailliert aufzeigen. Die elektrische Ausrichtung der Wassermoleküle, die sich bei der Annäherung der Proteine in die gleiche Richtung orientieren, führt dazu, dass sich die Anziehungskräfte zwischen den Proteinen zwei- bis vierfach verstärken, so dass diese dann rasch binden und das Wasser um sich herum abstreifen“, sagt Helms.

Diese neuen Erkenntnisse werden auf viele Forschungsprojekte in der Biologie und Medizin ein neues Licht werfen. „Wir hoffen, dass unsere Computersimulationen dazu beitragen werden, die grundlegenden Mechanismen des menschlichen Lebens noch besser zu verstehen. Dies wird auch helfen, für verschiedene Krankheiten bessere Wirkstoffe zu entwickeln“, meint Volkhard Helms, der jetzt gemeinsam mit Mazen Ahmad, Wei Gu und Tihamér Geyer die Forschungsergebnisse in „Nature Communications“, einer neuen Online-Plattform der Zeitschrift „Nature“, veröffentlicht hat.

Fragen beantwortet:

Professor Volkhard Helms
Tel. 0681/302-70701
Mail: volkhard.helms@bioinformatik.uni-saarland.de

Friederike Meyer zu Tittingdorf | idw
Weitere Informationen:
http://www.nature.com/naturecommunications
http://gepard.bioinformatik.uni-saarland.de
http://www.uni-saarland.de/pressefotos

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Pfeilgiftfrösche machen auf „Kommando“ Brutpflege für fremde Kaulquappen
20.09.2017 | Veterinärmedizinische Universität Wien

nachricht Molekulare Kraftmesser
20.09.2017 | Max-Planck-Institut für Biochemie

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: Tiny lasers from a gallery of whispers

New technique promises tunable laser devices

Whispering gallery mode (WGM) resonators are used to make tiny micro-lasers, sensors, switches, routers and other devices. These tiny structures rely on a...

Im Focus: Wundermaterial Graphen: Gewölbt wie das Polster eines Chesterfield-Sofas

Graphen besitzt extreme Eigenschaften und ist vielseitig verwendbar. Mit einem Trick lassen sich sogar die Spins im Graphen kontrollieren. Dies gelang einem HZB-Team schon vor einiger Zeit: Die Physiker haben dafür eine Lage Graphen auf einem Nickelsubstrat aufgebracht und Goldatome dazwischen eingeschleust. Im Fachblatt 2D Materials zeigen sie nun, warum dies sich derartig stark auf die Spins auswirkt. Graphen kommt so auch als Material für künftige Informationstechnologien infrage, die auf der Verarbeitung von Spins als Informationseinheiten basieren.

Graphen ist wohl die exotischste Form von Kohlenstoff: Alle Atome sind untereinander nur in der Ebene verbunden und bilden ein Netz mit sechseckigen Maschen,...

Im Focus: Hochautomatisiertes Fahren bei Schnee und Regen: Robuste Warnehmung dank intelligentem Sensormix

Schlechte Sichtverhältnisse bei Regen oder Schnellfall sind für Menschen und hochautomatisierte Fahrzeuge eine große Herausforderung. Im europäischen Projekt RobustSENSE haben die Forscher von Fraunhofer FOKUS mit 14 Partnern, darunter die Daimler AG und die Robert Bosch GmbH, in den vergangenen zwei Jahren eine Softwareplattform entwickelt, auf der verschiedene Sensordaten von Kamera, Laser, Radar und weitere Informationen wie Wetterdaten kombiniert werden. Ziel ist, eine robuste und zuverlässige Wahrnehmung der Straßensituation unabhängig von der Komplexität und der Sichtverhältnisse zu gewährleisten. Nach der virtuellen Erprobung des Systems erfolgt nun der Praxistest, unter anderem auf dem Berliner Testfeld für hochautomatisiertes Fahren.

Starker Schneefall, ein Ball rollt auf die Fahrbahn: Selbst ein Mensch kann mitunter nicht schnell genug erkennen, ob dies ein gefährlicher Gegenstand oder...

Im Focus: Ultrakurze Momentaufnahmen der Dynamik von Elektronen in Festkörpern

Mit Hilfe ultrakurzer Laser- und Röntgenblitze haben Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für Quantenoptik (Garching bei München) Schnappschüsse der bislang kürzesten Bewegung von Elektronen in Festkörpern gemacht. Die Bewegung hielt 750 Attosekunden lang an, bevor sie abklang. Damit stellten die Wissenschaftler einen neuen Rekord auf, ultrakurze Prozesse innerhalb von Festkörpern aufzuzeichnen.

Wenn Röntgenstrahlen auf Festkörpermaterialien oder große Moleküle treffen, wird ein Elektron von seinem angestammten Platz in der Nähe des Atomkerns...

Im Focus: Ultrafast snapshots of relaxing electrons in solids

Using ultrafast flashes of laser and x-ray radiation, scientists at the Max Planck Institute of Quantum Optics (Garching, Germany) took snapshots of the briefest electron motion inside a solid material to date. The electron motion lasted only 750 billionths of the billionth of a second before it fainted, setting a new record of human capability to capture ultrafast processes inside solids!

When x-rays shine onto solid materials or large molecules, an electron is pushed away from its original place near the nucleus of the atom, leaving a hole...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Höher - schneller - weiter: Der Faktor Mensch in der Luftfahrt

20.09.2017 | Veranstaltungen

Wälder unter Druck: Internationale Tagung zur Rolle von Wäldern in der Landschaft an der Uni Halle

20.09.2017 | Veranstaltungen

7000 Teilnehmer erwartet: 69. Urologen-Kongress startet heute in Dresden

20.09.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Drohnen sehen auch im Dunkeln

20.09.2017 | Informationstechnologie

Pfeilgiftfrösche machen auf „Kommando“ Brutpflege für fremde Kaulquappen

20.09.2017 | Biowissenschaften Chemie

Frühwarnsystem für gefährliche Gase: TUHH-Forscher erreichen Meilenstein

20.09.2017 | Energie und Elektrotechnik