Konformationelle Dynamik in Peptiden und Proteinen auf der Nanosekunden bis Mikrosekunden Zeitskala
Zusammenfassung der Projektergebnisse
In diesem Projekt wurde die Dynamik in verschiedenen Zuständen von Proteinen im Zeitbereich von Nanosekunden bis Mikrosekunden mit Hilfe von Triplett-Triplett Energietransfer (TTET) Messungen untersucht. Es wurde gezeigt, dass der Einfluss der Lösungsmittelviskosität (h) auf die Dynamik der Loopbildung in entfalteten Proteinen von der Größe der viskogenen Substanzen, von der Aminosäuresequenz und von der Peptidlänge abhängt. Die Dynamik in langen flexiblen Peptiden zeigt eine 1/h Viskositätsabhängigkeit, indikativ für einen rein diffusiven Prozess ohne Energiebarrieren, was in temperaturabhängigen Messungen zur Bestimmung der Aktivierungsenergie bestätigt wurde. Loopbildung in kurzen Modellpeptiden und Fragmenten instrinsisch ungeordneter Peptide (IDPs) zeigt eine schwächere Viskositätsabhängigkeit und eine höhere Aktivierungsenergie. Diese hohe Aktivierungsenergie wird durch sterische Effekte hervorgerufen, was zu innerer Reibung führt. In allen untersuchten Peptiden haben große Lösungsmittelzusätze, die typischerweise als Modell für "Molecular Crowding" benutzt werden, einen sehr geringen Einfluss auf die Peptiddynamik, was zeigt, das eine zelluläre Umgebung die Dynamik von Polypeptidketten nur wenig beeinflusst. Untersuchungen an kurzen Peptiden zeigten, dass kurze Sequenzen von 4 Aminosäuren stabile b- Turns bilden können, wenn sie durch lokale Wechselwirkungen stabilisiert werden. Dieses Ergebnis zeigt, dass b-Turns als lokale Initiatiationsstellen für die Proteinfaltung dienen können. In TTET Messungen an verschieden langen a-helikalen Peptiden konnte mit Hilfe eines linearen Ising Modells die Dynamik des Helix-Coil Übergangs im Detail charakterisiert werden. Dabei konnte die Geschwindigkeit der Helixentfaltung im Zentrum eines helikalen Bereiches der Peptide (Coil Nukleation) bestimmt und der Effekt verschiedener Aminosäuren auf diesen Prozess charakterisiert werden. Untersuchungen zur Dynamik der Villin Headpiece Subdomäne (HP35) erlaubten uns, das Gleichgewicht zwischen zwei nativen Zuständen sowohl thermodynamisch als auch kinetisch zu charakterisieren, sowie strukturelle Unterschiede zwischen den beiden Zuständen zu identifizieren.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Local and Large-Scale Conformational Dynamics in Unfolded Proteins and IDPs. I. Effect of Solvent Viscosity and Macromolecular Crowding. The Journal of Physical Chemistry B, 127(38), 8095-8105.
Stecher, Karin; Krieger, Florian; Schleeger, Michael & Kiefhaber, Thomas
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Local and Large-Scale Conformational Dynamics in Unfolded Proteins and IDPs. II. Effect of Temperature and Internal Friction. The Journal of Physical Chemistry B, 127(38), 8106-8115.
Krieger, Florian; Stecher, Karin; Nyffenegger, Christian; Schleeger, Michael & Kiefhaber, Thomas
