Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Rätsel um Erkennung ungefalteter Proteine gelöst: Das Schloss formt den Schlüssel

15.02.2011
Proteine erkennen sich normalerweise an ihrer spezifischen dreidimensionalen Struktur. Passt der Schlüssel zum Schloss, kann eine Reaktion stattfinden. Doch es gibt auch Reaktionen, bei denen der Schlüssel zu Beginn der Reaktion noch gar keine Form besitzt.

Chemiker der Technischen Universität München (TUM) und der Max-Planck-Forschungsstelle für die Enzymologie der Proteinfaltung (Halle/Saale) haben nun an einem Beispiel gezeigt, wie das funktionieren kann. Ihre Ergebnisse erscheinen in dieser Woche in den Proceedings of the National Academy of Science (PNAS).

Wechselwirkungen zwischen Proteinen sind von grundlegender Bedeutung für eine Vielzahl von Prozessen in jeder lebenden Zelle. Doch um eine biologische Funktion ausüben zu können, müssen die Proteine erst ihre spezifische, dreidimensionale Form annehmen. In den letzten Jahren wurde eine Reihe von Reaktionen beschrieben, bei denen einer der Wechselwirkungspartner seine biologisch aktive Struktur erst während der Bindung einnimmt. Ein großes Rätsel blieb dabei, wie ihre Bindungspartner solche unstrukturierten Proteine überhaupt erkennen können.

Die Wissenschaftler um Professor Thomas Kiefhaber (TUM) stellten sich die Frage, ob für die Erkennung lokale Eigenschaften genügen oder ob der unstrukturierte Bindungspartner zunächst eine spezifische räumliche Struktur einnehmen muss. Dafür kämen regelmäßige Strukturelemente wie die wendeltreppenförmigen α-Helices oder β-Faltblätter in Frage, bei denen interne Wasserstoffbrückenbindungen ausgebildet werden.

In Zusammenarbeit mit der Gruppe von Professor Gunter Fischer (Max Planck Forschungsstelle für die Enzymologie der Proteinfaltung Halle/Saale) entwickelten die Wissenschaftler eine neue Methode, die es erstmals erlaubt, die Ausbildung einzelner Wasserstoffbrückenbindungen im Verlaufe eines Bindungsprozesses zu verfolgen.

Als Modellsystem benutzten sie das Enzym Ribonuklease S, das in seiner aktiven Form aus dem S-Protein und dem α-helikalen S-Peptid besteht. Während das S-Protein eine definierte dreidimensionale Form besitzt, ist das S-Peptid allein zunächst ungefaltet. Die Forscher untersuchten nun, ob das S-Protein das unstrukturierte S-Peptid oder eine geringe Population des Peptids in helikaler Konformation erkennt. Dafür wurden mit Hilfe chemischer Proteinsynthese gezielt Sauerstoffatome in Peptidbindungen des S-Peptids durch Schwefelatome ersetzt, wodurch einzelne Wasserstoffbrückenbindungen destabilisiert werden.

Zeitabhängige Messungen des Bindeprozesses der veränderten Peptide zeigten nun, dass sich die Wasserstoffbrücken im S-Peptid und damit die α-helikale Struktur erst nach der Bindung an das S-Protein ausbilden und somit für die Erkennung nicht wichtig sein können.

Die Protein- Protein Erkennung hingegen erfolgt stattdessen über lokale hydrophobe Wechselwirkungen des S-Proteins mit zwei räumlich eng begrenzten Bereichen des unstrukturierten S-Peptids. Diese Ergebnisse sind von grundlegender Bedeutung für das Verständnis des Mechanismus von Protein-Protein Wechselwirkungen. Die entwickelte Methode kann in Zukunft auch in anderen Systemen eingesetzt werden, um die Strukturbildung in Proteinen detailliert zu untersuchen.

Die Forschungsarbeit wurde unterstützt aus Mitteln des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (ProNet-T3) und der Deutschen Forschungsgemeinschaft (Exzellenzcluster Munich Center for Integrated Protein Science).

Publikation:

Mapping backbone and side-chain interactions in the transition state of a coupled protein folding and binding reaction, Annett Bachmann, Dirk Wildemann, Florian Praetorius, Gunter Fischer, and Thomas Kiefhaber PNAS, Early Edition, Publikation Online in der Woche vom 14.02.2011, http://www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.1012668108

Kontakt:
Prof. Dr. Thomas Kiefhaber
Technische Universität München
Lehrstuhl für Biophysikalische Chemie
Lichtenbergstr. 4, 85748 Garching, Germany
Tel: +49 89 289 13420 –Fax: +49 89 289 13416
E-Mail: t.kiefhaber@ch.tum.de
Die Technische Universität München (TUM) ist mit rund 460 Professorinnen und Professoren, 7.500 Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern (einschließlich Klinikum rechts der Isar) und 26.000 Studierenden eine der führenden technischen
Universitäten Europas. Ihre Schwerpunktfelder sind die Ingenieurwissenschaften, Naturwissenschaften, Lebenswissenschaften, Medizin und Wirtschaftswissenschaften. Nach zahlreichen Auszeichnungen wurde sie 2006 vom Wissenschaftsrat und der Deutschen Forschungsgemeinschaft zur Exzellenzuniversität gewählt. Das weltweite Netzwerk der TUM umfasst auch eine Dependance in Singapur. Die TUM ist dem Leitbild einer unternehmerischen

Universität verpflichtet.

Dr. Andreas Battenberg | Technische Universität München
Weitere Informationen:
http://www.tum.de
http://dante.phys.chemie.tu-muenchen.de/

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Risikofaktor für Darmkrebs entschlüsselt
13.07.2018 | Max-Planck-Institut für Stoffwechselforschung

nachricht Algen haben Gene fürs Landleben
13.07.2018 | Julius-Maximilians-Universität Würzburg

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: Erste Beweise für Quelle extragalaktischer Teilchen

Zum ersten Mal ist es gelungen, die kosmische Herkunft höchstenergetischer Neutrinos zu bestimmen. Eine Forschungsgruppe um IceCube-Wissenschaftlerin Elisa Resconi, Sprecherin des Sonderforschungsbereichs SFB1258 an der Technischen Universität München (TUM), liefert ein wichtiges Indiz in der Beweiskette, dass die vom Neutrino-Teleskop IceCube am Südpol detektierten Teilchen mit hoher Wahrscheinlichkeit von einer Galaxie in vier Milliarden Lichtjahren Entfernung stammen.

Um andere Ursprünge mit Gewissheit auszuschließen, untersuchte das Team um die Neutrino-Physikerin Elisa Resconi von der TU München und den Astronom und...

Im Focus: First evidence on the source of extragalactic particles

For the first time ever, scientists have determined the cosmic origin of highest-energy neutrinos. A research group led by IceCube scientist Elisa Resconi, spokesperson of the Collaborative Research Center SFB1258 at the Technical University of Munich (TUM), provides an important piece of evidence that the particles detected by the IceCube neutrino telescope at the South Pole originate from a galaxy four billion light-years away from Earth.

To rule out other origins with certainty, the team led by neutrino physicist Elisa Resconi from the Technical University of Munich and multi-wavelength...

Im Focus: Magnetische Wirbel: Erstmals zwei magnetische Skyrmionenphasen in einem Material entdeckt

Erstmals entdeckte ein Forscherteam in einem Material zwei unabhängige Phasen mit magnetischen Wirbeln, sogenannten Skyrmionen. Die Physiker der Technischen Universitäten München und Dresden sowie von der Universität zu Köln können damit die Eigenschaften dieser für Grundlagenforschung und Anwendungen gleichermaßen interessanten Magnetstrukturen noch eingehender erforschen.

Strudel kennt jeder aus der Badewanne: Wenn das Wasser abgelassen wird, bilden sie sich kreisförmig um den Abfluss. Solche Wirbel sind im Allgemeinen sehr...

Im Focus: Neue Steuerung der Zellteilung entdeckt

Wenn eine Zelle sich teilt, werden sämtliche ihrer Bestandteile gleichmässig auf die Tochterzellen verteilt. UZH-Forschende haben nun ein Enzym identifiziert, das sicherstellt, dass auch Zellbestandteile ohne Membran korrekt aufgeteilt werden. Ihre Entdeckung eröffnet neue Möglichkeiten für die Behandlung von Krebs, neurodegenerative Krankheiten, Alterungsprozessen und Virusinfektionen.

Man kennt es aus der Küche: Werden Aceto balsamico und Olivenöl miteinander vermischt, trennen sich die beiden Flüssigkeiten. Runde Essigtropfen formen sich,...

Im Focus: Magnetic vortices: Two independent magnetic skyrmion phases discovered in a single material

For the first time a team of researchers have discovered two different phases of magnetic skyrmions in a single material. Physicists of the Technical Universities of Munich and Dresden and the University of Cologne can now better study and understand the properties of these magnetic structures, which are important for both basic research and applications.

Whirlpools are an everyday experience in a bath tub: When the water is drained a circular vortex is formed. Typically, such whirls are rather stable. Similar...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Interdisziplinäre Konferenz: Diabetesforscher und Bioingenieure diskutieren Forschungskonzepte

13.07.2018 | Veranstaltungen

Conference on Laser Polishing – LaP: Feintuning für Oberflächen

12.07.2018 | Veranstaltungen

Materialien für eine Nachhaltige Wasserwirtschaft – MachWas-Konferenz in Frankfurt am Main

11.07.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Interdisziplinäre Konferenz: Diabetesforscher und Bioingenieure diskutieren Forschungskonzepte

13.07.2018 | Veranstaltungsnachrichten

Maschinelles Lernen: Neue Methode ermöglicht genaue Extrapolation

13.07.2018 | Informationstechnologie

Fachhochschule Südwestfalen entwickelt innovative Zinklamellenbeschichtung

13.07.2018 | Materialwissenschaften

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics