Hochauflösende analytische Strategien für metall- und metalloidbindende Proteine: Stabilitätsprüfungen und Anwendung auf Metall(oid)-exponierte Pflanzen

• Antragstellerin: Dr. Anne-Christine Schmidt
• Fachliche Zuordnung: Analytische Chemie
• Förderung: Förderung von 2010 bis 2014
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 173181633

Bindungen von Metallen und Metalloiden an Proteinen beeinflussen deren biologische Funktionsfähigkeit zum einen über Blockierung oder Aktivierung katalytischer Zentren und zum anderen über Änderungen der räumlichen Faltungsstruktur. Auf belasteten Standorten akkumulieren pflanzliche Organismen toxische Metalle und Metalloide, was zu einem Eintrag in die Nahrungskette führt, aber auch ein Sanierungspotenzial birgt. Einige Pflanzenarten verfügen über eine große Metall(oid)-Toleranz und gleichzeitig über ein großes Akkumulationsvermögen. Zum Verständnis solcher Toleranz- und Wirkungsmechanismen tragen analytische Methoden bei, die Metall- und Metalloid-Interaktionen mit Biomolekülen qualitativ und quantitativ nachweisen. Im vorliegenden Projektantrag sollen ein- und zweidimensionale gelelektrophoretische (1D- und 2D-GE) Proteintrennungen sowohl von metall- und metalloidbindenden Modellproteinen als auch von arsen- und schwermetallbelasteten Pflanzenextrakten im Mittelpunkt stehen, wobei eine anschließende Metall- bzw. Metalloidquantifizierung im Gel mit Laserablation und induktiv gekoppelter Plasma-Massenspektrometrie (LA-ICP-MS) sowie mittels protoneninduzierter Röntgenemission (PIXE) erfolgen soll. Da der Einfluss der Parameter der Probenpräparation sowie der Gelelektrophorese selbst auf metall(oid)-bindende Proteine bisher kaum betrachtet worden ist, sollen die Stabilitäten von Metall- und Metalloid-Protein-Bindungen unter variierten Probenaufarbeitungs- und Elektrophoresebedingungen systematisch bewertet werden. Dabei sind Methodenoptimierungen in der Hinsicht auf eine Bindungskonservierung zu betreiben. Quantitative Aspekte der Metall(oid)-Protein-Bindungen sollen besondere Berücksichtigung finden, um den ungebundenen molaren Anteil des Proteins vom metallbindenden Anteil zu unterscheiden und Aussagen über Bindungsaffinitäten zu treffen. Schließlich sollen verschiedene Pflanzenarten und verschiedene Pflanzenteile (Blätter, Sprossachsen, Wurzeln) hinsichtlich der resultierenden Spotmuster im 2D-Gel und der Metall(oid)bindungskapazitäten in Abhängigkeit von Expositionsdauer und –niveau charakterisiert werden. Als Vertreter der Metalloide soll das Arsen in seinen verschiedenen biologisch und umweltchemisch relevanten Verbindungen gewählt werden. Das Bindungsverhalten des thiolaffinen Arsens soll den in verschiedenem Maße redoxaktiven Schwermetallen Kupfer, Zink, Blei und Cadmium gegenübergestellt werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen