Strukturdynamik eines ß-Faltblatt Häm-Proteins
Fachliche Zuordnung
Biophysik
Förderung
Förderung von 2003 bis 2008
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 5408932
Erstellungsjahr
2008
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Nitrophorin IV ist ein ß-Faltblatt Molekül mit einer Molmasse von 20500 Dalton und einer Hämgruppe als aktives Zentrum. Bei Wanzen dient es dazu, die Nahrungsaufnahme zu erleichtern und zu sichern. Durch NO Abgabe wird die Koagulation des Bluts behindert, durch Bindung von Histamin, das bei der Zerstörung des Gewebes entsteht, wird das Auftreten eines Juckreizes verhindert, der zur Entdeckung der Wanze führen könnte. Zum Verständnis der Funktion eines Proteins wird neben der Struktur in der Regel auch die Kenntnis der Dynamik nötig. Die meisten Untersuchungen zur Proteindynamik wurden am a-helikalen Myoglobin durchgeführt. Die Untersuchungen am Nitrophorin IV erlauben einen Vergleich mit der Dynamik eines ß-Faltblatt Proteins.
Die Röntgenstruktur von Nitrophorin wurde im Temperaturbereich zwischen 122K und 304K durchgeführt, Mößbauer Spektren wurden zwischen 80K und 280K gemessen. Neben der spektralen Form der Mößbauer Spektren wurden die mittleren quadratischen Auslenkungen des Hämeisens sowie die -Werte der Rückgrat Atome des Proteins benutzt. Qualitativ verhält sich Nitrophorin ähnlich wie Myoglobin. Die Röntgenstruktur -Werte werden kleiner mit sinkender Temperatur, streben aber gegen einen relativ hohen Wert bei einer Extrapolation auf T = 0K. Anders als bei Myoglobin ist ein Bereich mit großem nicht temperaturabhängig. Die strukturelle Unordnung ist deutlich größer, als im Myoglobin. Die spricht für eine größere Flexibilität. Eine Bindung größerer Liganden wie Histamin wird dadurch erleichtert.
Die Mößbauer Spektren zeigen ebenfalls deutliche Ähnlichkeiten zum Myoglobin. Die -Werte des Eisens steigen linear bis zu einer dynamischen Übergangstemperatur c, die etwa 20K höher liegt, als die von Myoglobin. Oberhalb Tc nehmen die Auslenkungen stark zu. Gleichzeitig treten zusätzliche breite Absorptionslinien auf. Dies weist darauf hin, dass, ähnlich wie beim Myoglobin, quasidiffusive Bewegungen auftreten, die mit dem Modell eines Brown'sehen Oszillators erklärt werden können. Die Absolutwerte von oberhalb Tc sind in Nitrophorin kleiner, als in Myoglobin. Dies steht in scheinbarem Widerspruch zum Röntgenstruktur Ergebnis, das auf eine größere Flexibilität deutet. Beim Vergleich muss man aber berücksichtigen, dass die Mößbauer -Werte nur für Bewegungen auf einer Zeitskala schneller als 140ns sensitiv sind. -Werte aus der Röntgenstruktur Analyse haben dagegen keine Zeitabhängigkeit und werden auch durch Bewegungen langsamer als 140ns sowie durch statische Fehlordnung beeinflusst. Die größere Flexibilität von Nitrophorin stammt daher von Bewegungen langsamer 140ns sowie praktisch statischer Unordnung.
Der Vergleich von Nitrophorin und Myoglobin zeigt, dass die Physik der Proteindynamik in beiden Molekülen gleich ist. Es sind keine fundamentalen Unterschiede des ß-Faltblatt Proteins und des a-helikalen Proteins sichtbar. Im Detail findet jedoch eine Anpassung an die Funktion statt. Für die Bindung kleiner Moleküle wie O2 oder CO am Hämeisen sind kleinere Strukturfluktuationen nötig als für eine Bindung größerer Moleküle wie Histamin.
