NMR-Konsole 500 MHz (Erneuerung)

• Fachliche Zuordnung: Grundlagen der Biologie und Medizin
• Förderung: Förderung seit 2026
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 581871163

Die beantragte NMR-Konsole wird unser bestehendes 500 MHz NMR-Spektrometer für Messungen in Flüssigkeiten ertüchtigen. Mit diesem Spektrometer untersuchen die Arbeitsgruppe Biophysik die Struktur und Dynamik von Biomakromoleküle sowie deren Wechselwirkungen mit Proteinen, Peptiden, Nukleinsäuren und niedermolekularen Wirkstoffen. Strukturbiologisch untersuchen wir Bindungsstellen und induzierte Konformationsänderungen durch Interaktionspartner. Für kleine Proteine und Peptide sowie für organische Wirkstoffe erfolgt die Zuordnung der NMR-Resonanzen an diesem Spektrometer mit multidimensionalen Experimenten mit den NMR-aktiven Kernen in natürlicher Häufigkeit oder nach Isotopenmarkierung. Diese Struktur-Wirkungsbeziehungen werden durch Untersuchungen der Dynamik erweitert. Hierzu zählen Diffusions- und Relaxationsexperimente. Für eine verlässliche Untersuchung der lokalen Dynamik in Proteinen sind Relaxationsexperimente bei unterschiedlichen Feldstärken essentiell, womit das 500 MHz Spektrometer mit 11,7 T die beiden weiteren Feldstärken von 14,1 T und 18,8 T der Arbeitsgruppe erweitert. Neben der schnellen Proteindynamik auf einer Nano- bis Pikosekundenzeitskala untersuchen wir Austauschprozesse mit R2-Dispersion und R1roh Messungen an globulären und intrinsisch ungefalteten Proteinen und wie diese durch die Umgebung (molecular crowding) sowie die Interaktionspartner beeinflusst werden. Weiter werden intensiv selektiv isotopenmarkierte Proteine untersucht, da bei 11,7 T die Auflösung vollkommen ausreichend ist und manche Relaxationseigenschaften sogar von Vorteil sind um z.B. das Flippen von aromatischen Ringen oder lokale pKA in aktiven Zentren von Proteinen zu bestimmen. Ein weiteres Einsatzgebiet des 500 MHz Spektrometers ist die Strukturanalyse organischer Wirkstoffe in gebundenen Zustand an ihre Zielproteine durch transfer-NOE Experimente. Hier testen wir eine große Zahl von bereits patentierten Wirkstoffen für die Krebstherapie in Kooperation mit dem Pharmazeutischen und dem Medizinischen Institut unserer Universität. Trotz ausreichender Auflösung und Empfindlichkeit bei 11,7 T sind wir beim Implementieren modernen Pulssequenzen an der alten 500 MHz Konsole an technische Grenzen gestoßen (z.B. Langzeitstabilität bei transfer NOE-Messungen mit langen Mischzeiten oder bei R2-Messungen zur Austauschkinetik von Proteinseitengruppenprotonen). Für diese zum Teil sehr zeitintensiven Messungen musste an das moderne 600 MHz Spektrometer ausgewichen werden, wo die Experimente dann erfolgreich durchgeführt werden konnten. Weiter optimieren wir bei 500 MHz die Probenbedingungen für NMR-Untersuchungen an pflanzlichen, bakteriellen und humanen Proteinen, bevor diese am 800 MHz Spektrometer mit Kryoprobenkopf detaillierten Struktur- und Dynamikuntersuchungen unterzogen werden. Das Methodenspektrum der Protein NMR soll durch die Konsolenertüchtigung auf 19F Messungen erweitert werden.

• DFG-Verfahren: Forschungsgroßgeräte
• Großgeräte: NMR-Konsole 500 MHz (Erneuerung)
• Gerätegruppe: 1740 Hochauflösende NMR-Spektrometer
• Antragstellende Institution: Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg
• Leiter: Professor Dr. Jochen Balbach