Molekulare Mausefallen

Sonden für Aminosäuren: Neue Wege der Proteinanalytik?

Reingetappt und zugeschnappt – auch Moleküle können gefangen werden wie die Maus in der Mausefalle. Die molekularen Mausefallen, die ein Forscherteam um J. L. Beauchamp und Brian Stoltz vom California Institute of Technology aufstellt, schnappen zu, wenn die Aminosäure Lysin „hineintappt“. Auf diese Weise können die Lysin-Gruppierungen innerhalb eines Proteins markiert werden – vielleicht ein erster Schritt in Richtung einer neuen, schnelleren Proteinanalytik auf der Basis der Massenspektrometrie.

Grundlage für die Mausefalle sind Kronenether, große, ringförmige Moleküle, deren Atome zickzackförmig in zwei Ebenen angeordnet sind und an eine Krone erinnern. Der Hohlraum in der Mitte der Kronen kann kleine Moleküle oder Molekülteile aufnehmen. Diese Komplexe sind stabil genug, um eine Überführung in die Gasphase zu überstehen – Voraussetzung für die massenspektrometrische Analyse. Welche „Gastmoleküle“ gebunden werden, hängt vom speziellen Aufbau und von der Größe des Hohlraumes der Krone ab. 18-Krone-6 besteht aus zwölf Kohlenstoff- und sechs Sauerstoffatomen. Unter den gewählten Versuchsbedingungen passt das Endstück der Seitenkette der Aminosäure Lysin genau in diese Krone hinein. Damit die Falle endgültig zuschnappen kann, statteten die Chemiker die Krone mit einer zusätzlichen funktionellen Gruppe aus, die zwei Stickstoffatome enthält. Unter den Bedingungen der Massenspektrometrie wird der Schnappmechanismus aktiviert, indem die beiden Stickstoffatome als Stickstoffmolekül abge-spalten werden. Durch den Bindungsbruch entsteht ein nicht abgesättigtes und damit hochreaktives Kohlenstoffzentrum, das sogleich eine feste (kovalente) Bindung zum gefangenen Lysin eingeht.

„Über die Markierung mit dem Kronenether kann bei kleineren Proteinbruchstücken die Anzahl der Lysine bestimmt werden,“ erklärt Beauchamp. „Bei größeren Proteinen könnte deren Denaturierung, also das Auseinanderfalten, verfolgt werden: Zunächst werden nur die Lysine auf der Oberfläche markiert, nach und nach werden auch Lysingruppen im Inneren des Proteins zugänglich. So sind Rückschlüsse auf dessen Struktur möglich.“ Nun wollen die Forscher weitere Mausefallen synthetisieren, die für andere Aminosäuren spezifisch sind. Ziel ist die Entwicklung einer neuen Methode zur Proteinsequenzierung, die direkt in der Gasphase des Massenspektrometers abläuft.

Mit Hilfe synthetischer Verbindungen des Mausefallentyps, die spezifisch an bestimmte Aminosäuresequenzen binden, hofft man auch biochemische Reaktionen in der Gasphase nachahmen zu können, die wie die Spaltung von Amidbindungen sonst nur enzymatisch und in Lösung ablaufen.

Kontakt:
Prof. J. L. Beauchamp
Beckman Institute
California Institute of Technology
Pasadena
CA 91125
USA

Telefax: (+1)626-568-8641
E-mail: jlbchamp@its.caltech.edu