Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

„Trichter“ lockt Bindungspartner zum Biomolekül

24.09.2014

Wasserbewegungen als Erkennungshelfer für Moleküle
RESOLV kombiniert Terahertzspektroskopie und Simulation

Wasser ist in den Lebenswissenschaften ein allgegenwärtiges Lösungsmittel – manchmal die „Matrix des Lebens“ genannt. Entgegen früherer Annahmen ist es kein passiver Zuschauer biochemischer Prozesse, sondern aktiv daran beteiligt: Durch eine Veränderung der Bewegungen von Wassermolekülen in der Umgebung ihrer Bindungstaschen können Proteine eine Art Trichter im Wasser hervorrufen, der die Bindung eines bestimmten, im Wasser gelösten Bindungspartners unterstützt.


Schematische Darstellung des Hydrationstrichters in einem Enzym-Substrat-Komplex (das Protein ist in grau, sein Bindungspartner in grün und der Trichter in Gelb dargestellt).

Abbildung: Havenith/Conti Nibali

Diese Erkenntnis gelang Valeria Conti Nibali und Prof. Dr. Martina Havenith-Newen (Exzellenz-Cluster RESOLV – Ruhr explores Solvation) mit einer Kombination aus Terahertz-Absorptions-Spektroskopie und Simulationen. Die Forscherinnen berichten im Journal of the American Chemical Society (JACS).

Choreografie der Wasserbewegungen

Neue experimentelle Techniken wie die Terahertz-Absorptions-Spektroskopie eröffnen erst den Zugang zu der Untersuchung der Dynamik von Wassermolekülen in der Umgebung von Biomolekülen. So konnten die Forscher schon vor einiger Zeit nachweisen, dass Proteine die Wassermoleküle in ihrer Umgebung beeinflussen – sie bestimmen die Choreografie ihrer Bewegungen. Dieser Effekt tritt nicht nur in der direkten Nähe des Proteins auf, sondern ist sogar in entfernten Lagen der umgebenden Wassermoleküle nachweisbar.

Biomoleküle können Bindungspartner bevorzugen oder benachteiligen

Wozu ist diese Beeinflussung aber sinnvoll? Der Antwort auf diese Frage kamen die Forscherinnen nun mittels Simulation der molekularen Dynamik ein Stück näher. Es zeigte sich, dass die Bewegungen der Wassermoleküle in der Nähe von aktiven Zentren von Proteinen, so genannten Bindungstaschen, wiederum in Zusammenhang stehen mit im Wasser gelösten potenziellen Bindungspartnern des Proteins.

„Die Wassermoleküle formen durch ihre Bewegungen eine Art Hydrationstrichter. Dies ist Teil der molekularen Erkennung von den beiden Partnern“, erklärt Prof. Dr. Martina Havenith-Newen. Mehr noch: Die Bewegungen der Wassermoleküle erwiesen sich als spezifisch für bestimmte Bindungspartner.

Kommen also verschiedene Biomoleküle für die Bindung an einer bestimmten Stelle des Proteins in Frage, ist die Wirkung der Wasserbewegungen unterschiedlich. Die aufeinander abgestimmten Wasserbewegungen könnten die Interaktion von Biomolekülen wie Enzymen und Proteinen unterstützen und eine besondere Rolle bei der gegenseitigen Erkennung spielen, entsprechende Bindungspartner also bevorzugen oder benachteiligen.

Arbeiten im Exzellenzcluster RESOLV

Die Arbeiten entstanden im Rahmen des Exzellenzclusters RESOLV – Ruhr explores Solvation (ECX 1069) mit Unterstützung der Deutschen Forschungsgemeinschaft.

Titelaufnahme

V. Conti Nibali, M. Havenith (2014): New Insights into the Role of Water in Biological Function: Studying Solvated Biomolecules Using Terahertz Absorption Spectroscopy in Conjunction with Molecular Dynamics Simulations, JACS, 10.1021/ja504441h

Weitere Informationen

Valeria Conti Nibali und Martina Havenith. Lehrstuhl Physikalische Chemie II, Fakultät für Chemie und Biochemie der Ruhr-Universität Bochum, 44780 Bochum, Tel. 0234/32-24949, E-Mail: pc2office@rub.de

Meike Drießen | idw - Informationsdienst Wissenschaft
Weitere Informationen:
http://www.ruhr-uni-bochum.de/

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Basis für neue medikamentöse Therapie bei Demenz
27.07.2017 | Medizinische Hochschule Hannover

nachricht Biochemiker entschlüsseln Zusammenspiel von Enzym-Domänen während der Katalyse
27.07.2017 | Westfälische Wilhelms-Universität Münster

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: Physiker designen ultrascharfe Pulse

Quantenphysiker um Oriol Romero-Isart haben einen einfachen Aufbau entworfen, mit dem theoretisch beliebig stark fokussierte elektromagnetische Felder erzeugt werden können. Anwendung finden könnte das neue Verfahren zum Beispiel in der Mikroskopie oder für besonders empfindliche Sensoren.

Mikrowellen, Wärmestrahlung, Licht und Röntgenstrahlung sind Beispiele für elektromagnetische Wellen. Für viele Anwendungen ist es notwendig, diese Strahlung...

Im Focus: Physicists Design Ultrafocused Pulses

Physicists working with researcher Oriol Romero-Isart devised a new simple scheme to theoretically generate arbitrarily short and focused electromagnetic fields. This new tool could be used for precise sensing and in microscopy.

Microwaves, heat radiation, light and X-radiation are examples for electromagnetic waves. Many applications require to focus the electromagnetic fields to...

Im Focus: Navigationssystem der Hirnzellen entschlüsselt

Das menschliche Gehirn besteht aus etwa hundert Milliarden Nervenzellen. Informationen zwischen ihnen werden über ein komplexes Netzwerk aus Nervenfasern übermittelt. Verdrahtet werden die meisten dieser Verbindungen vor der Geburt nach einem genetischen Bauplan, also ohne dass äußere Einflüsse eine Rolle spielen. Mehr darüber, wie das Navigationssystem funktioniert, das die Axone beim Wachstum leitet, haben jetzt Forscher des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) herausgefunden. Das berichten sie im Fachmagazin eLife.

Die Gesamtlänge des Nervenfasernetzes im Gehirn beträgt etwa 500.000 Kilometer, mehr als die Entfernung zwischen Erde und Mond. Damit es beim Verdrahten der...

Im Focus: Kohlenstoff-Nanoröhrchen verwandeln Strom in leuchtende Quasiteilchen

Starke Licht-Materie-Kopplung in diesen halbleitenden Röhrchen könnte zu elektrisch gepumpten Lasern führen

Auch durch Anregung mit Strom ist die Erzeugung von leuchtenden Quasiteilchen aus Licht und Materie in halbleitenden Kohlenstoff-Nanoröhrchen möglich....

Im Focus: Carbon Nanotubes Turn Electrical Current into Light-emitting Quasi-particles

Strong light-matter coupling in these semiconducting tubes may hold the key to electrically pumped lasers

Light-matter quasi-particles can be generated electrically in semiconducting carbon nanotubes. Material scientists and physicists from Heidelberg University...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

10. Uelzener Forum: Demografischer Wandel und Digitalisierung

26.07.2017 | Veranstaltungen

Clash of Realities 2017: Anmeldung jetzt möglich. Internationale Konferenz an der TH Köln

26.07.2017 | Veranstaltungen

2. Spitzentreffen »Industrie 4.0 live«

25.07.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Basis für neue medikamentöse Therapie bei Demenz

27.07.2017 | Biowissenschaften Chemie

Aus Potenzial Erfolge machen: 30 Rittaler schließen Nachqualifizierung erfolgreich ab

27.07.2017 | Unternehmensmeldung

Biochemiker entschlüsseln Zusammenspiel von Enzym-Domänen während der Katalyse

27.07.2017 | Biowissenschaften Chemie