Anzeige
Biophysicists at TUM, the Technische Universitaet Muenchen, have published the results of single-molecule experiments that bring a higher-resolution tool to the study of protein folding.
How proteins arrive at the three-dimensional shapes that determine their essential functions – or cause grave diseases when folding goes wrong – is considered one of the most important and least understood questions in the biological and medical sciences.
Folding itself follows a path determined by its energy landscape, a complex property described in unprecedented detail by the TUM researchers. In this week's issue of the Proceedings of the National Academy of Sciences (USA), they report taking hold of a single, zipper-like protein molecule and mapping changes in its energy landscape during folding and unfolding.
Previous studies, including atomic force microscopy experiments by the same Munich laboratory, have gone a long way toward characterizing energy thresholds or barriers that stand between a protein's unfolded and folded states. Detailed observations of the quick transition from one state to the other have remained elusive. The results published this week open the door to higher-resolution, direct measurements. Better characterization of the folding process is seen as a vital link in understanding the chain of events leading from DNA coding for a protein to that protein's biological function. Another motivation for research in this field is the search for new drugs and therapies, because malfunctions in protein folding are implicated in a number of serious diseases – including diabetes, cancer, cystic fibrosis, prion diseases, and Alzheimer's.
This is the latest in a long series of single-molecule biophysical experiments carried out by Professor Matthias Rief and colleagues in the TUM Department of Physics. Co-authors Christof Gebhardt and Thomas Bornschloegl are members of Rief's lab; Gebhardt also is a member of the Munich Center for Integrated Protein Science.
As a model system for studying real-time protein folding dynamics, the TUM scientists chose a so-called leucine zipper found in yeast. It offers, as proteins go, a relatively simple "coiled coil" structure and zipper-like folding action: Picture two amino acid strings side by side, joined at the bottom, open at the top, and made essentially to zip together.
The researchers extended this structure so that they could make independent measurements at the top, bottom, and middle parts of the zipper. They took hold of the free ends at the top of the zipper with handles made of double-stranded DNA. These DNA handles in turn were attached to tiny beads that could be directly manipulated by "optical tweezers" – a tool based on the ability of laser beams with a certain kind of profile to pin down nanoscale objects. One end of the protein molecule was held fixed, and the other was held under tension but with some freedom to move, so that folding dynamics could be measured directly, in real time, as the protein zipped and unzipped. This arrangement enabled measurements with high resolution in both space and time.
"What I consider the major improvement is that the new experiments allow the observation of thousands of transitions between the folded and the unfolded state," Rief said. "This enables us to detect not only the folded and unfolded states but also, directly, the excursions of the large energy barriers separating those states. This has previously been impossible, and it now allows direct insight into the precise energy profile of this barrier."
Publication: Full distance resolved folding energy landscape of one single protein molecule, by J. Christof M. Gebhart, Thomas Bornschloegl, and Matthias Rief, PNAS Early Edition for the week of Jan. 18, 2010.
Contact:
Prof. Matthias Rief
Chair for Experimental Physics
Technische Universität Muenchen (TUM)
James-Franck-Str. 1
85748 Garching, Germany
Tel: +49 89 289 12471
Fax: +49 89 289 12523
E-mail: mrief@ph.tum.de
Patrick Regan | Quelle: EurekAlert!
Weitere Informationen: portal.mytum.de
Weitere Berichte zu: atomic force microscopy > Biophysicists > DNA > DNA coding > optical tweezer > protein folding > protein molecule > TUM > zipper-like protein molecule
Mütterliche Antikörper behindern Impfschutz bei jungen Katzen
22.05.2012 | Paul-Ehrlich-Institut - Bundesinstitut für Impfstoffe und biomedizinische Arzneimittel
Der nukleare GAU ist wahrscheinlicher als gedacht
22.05.2012 | Max-Planck-Institut für Chemie
Unter Federführung der Empa erscheint ein neues Standardwerk, das die europäische Forschung an Nanopartikeln vereinheitlichen soll.
Exakte Laborvorschriften zur Herstellung definierter Nanopartikel und zu deren Analytik stellen die Arbeiten auf diesem Gebiet auf eine neue Grundlage und machen sie erstmals vergleichbar. Herausgeber ist Harald Krug, Leiter des Empa-Departements «Materials meet Life».
Das neue Standardwerk soll Schluss machen mit dem «babylonischen Sprachgewirr», das derzeit noch in der Nanoforschung ...
Bei rheumatischen Erkrankungen erlauben moderne bildgebende Verfahren weit mehr als nur die Darstellung der knöchernen Gelenkstrukturen.
Mit funktionellen Untersuchungsmethoden wie der hochauflösenden Einzelphotonen-Emissions-Computertomographie (SPECT) können pathologische Knochenumbauvorgänge bereits sehr früh nachgewiesen werden, mitunter schon zu einem Zeitpunkt, zu dem selbst die MRT-Diagnostik noch unauffällig ist. Eine Studie der Universitätsradiologie Düsseldorf, die jetzt auf dem 93. Deutschen Röntgenkongress vorgestellt wurde.
In der Rheumatologie hat sich in den letzten ...
Wirkmechanismus eines der ältesten Arzneimittel der Menschheit aufgeklärt
Rizinusöl ist vor allem als effektives Abführmittel bekannt, wurde aber auch bereits in der Antike bei Schwangeren zur Förderung der Wehentätigkeit eingesetzt.
Erst jetzt ist es Wissenschaftlern vom Max-Planck-Institut für Herz- und Lungenforschung gelungen, die entscheidenden Details des Wirkmechanismus zu entschlüsseln. Verantwortlich ist demnach ein Rezeptor mit dem Namen EP3 auf ...
Pünktlich zum morgigen Weltschildkrötentag wird die Artenliste der Panzerträger um zwei Namen reicher.
Wissenschaftler des Senckenberg Forschungsinstitutes in Dresden haben gemeinsam mit einem internationalen Forscherteam zwei neue Arten der afrikanischen Gelenkschildkröte identifiziert. Die zugehörige Studie ist kürzlich im Fachjournal „Journal of Zoological Systematics and Evolutionary Research“ erschienen.
Gelenkschildkröten sind die Bewegungskünstler unter den landlebenden Schildkröten. Aufgrund eines Scharniers im Rückenpanzer können die in Afrika ...
Eine Forschungsgruppe der Universität Ulm hat einen neuartigen molekularen Schalter im Gehirn identifiziert, der eine wichtige Rolle bei der Steuerung der postnatalen Neurogenese im Gyrus dentatus spielt, der Unterregion im Hippocampus, in der lebenslang Nervenzellen aus neuralen Stammzellen gebildet werden.
„Unsere Untersuchungen beschreiben erstmals einen neuen und letztlich unerwarteten Signalweg bei der Regulation der Neurogenese im Hippocampus“, sagt Professor Stefan Britsch, Direktor des Instituts für Molekulare und Zelluläre Anatomie, der die Arbeit dieser Tage gemeinsam mit Dr. Ruth Simon im international renommierten Fachblatt EMBO-Journal veröffentlicht. An dem von der Deutschen ...
Anzeige
Anzeige

Mütterliche Antikörper behindern Impfschutz bei jungen Katzen
22.05.2012 | Biowissenschaften Chemie
Researchers Improve Fast-Moving Mobile Networks
22.05.2012 | Kommunikation Medien
New microscope uses rainbow of light to image the flow of individual blood cells
22.05.2012 | Medizintechnik
Bericht zum Lachsmanagement: Die BLE auf der NASCO-Jahrestagung
22.05.2012 | Veranstaltungsnachrichten
Plagiate und wissenschaftliches Fehlverhalten
22.05.2012 | Veranstaltungsnachrichten
Der IdeenPark weckt Begeisterung für Technik
22.05.2012 | Veranstaltungsnachrichten