Diffusion in Proteinlösungen: Der Einfluß von "Crowding", Temperatur und Ladungen

• Antragsteller: Professor Dr. Frank Schreiber
• Fachliche Zuordnung: Statistische Physik, Nichtlineare Dynamik, Komplexe Systeme, Weiche und fluide Materie, Biologische Physik
• Förderung: Förderung von 2013 bis 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 240526267

Wir beantragen Förderung für ein Projekt zur Proteindiffusion in wäßriger Lösung in Abhängigkeit vom Proteinvolumenanteil in der Lösung, der Temperatur und insbesondere des Oberflächenladungszustands der Proteine. Wir werden dabei den Einfluß der Ladungskonzentration und des makromolekularen Crowdings (gegenseitige Behinderung durch hohe Konzentration) auf die Proteindynamik besonders untersuchen. Durch die Zugabe geeigneter sowohl einwertiger als auch dreiwertiger Salze zu den wäßrigen Lösungen können wir verschiedene Grade von Ladungsabschirmung und auch Ladungsumkehr auf der Proteinoberfläche erzeugen, wobei die Ladungsumkehr für die Proteinaggregation einschließlich der Kristallisation von Bedeutung ist. Die Ladungskonzentration hat einen entscheidenden Einfluß nicht nur auf die zeitlich gemittelte Struktur der Proteinlösungen,sondern auch auf deren Dynamik. Insbesondere können durch die Bildung dynamischer odertransienter Protein-Cluster dynamische Dichtefluktuationen als Vorläuferprozesse der Kristallisation auftreten. Es wird erwartet, daß die Lebensdauer dieser dynamischen Anhäufungen empfindlich von der Oberflächenladungsverteilung der Proteine abhängt. Um diese dynamischen Erscheinungen zu erforschen, werden wir die Proteindiffusion inAbhängigkeit vom Ladungszustand systematisch untersuchen. Der wesentliche experimentelle Zugang besteht darin, die inkohärente Streufunktion der Proteinlösungen vermittels Neutronenrückstreuspektroskopie zu messen, um daraus die Kurzzeit-Selbstdiffusion der Proteine zu erhalten. Ergänzende Informationen werden aus Neutronenspinechospektroskopie, dynamischer Lichtstreuung, NMR und Molekulardynamiksimulationen gewonnen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Frankreich
• Beteiligte Personen: Privatdozent Dr. Tilo Seydel; Privatdozent Dr. Fajun Zhang, Ph.D.