Kurzbeschreibung des Projekts

Projektnummer		Einzelprojekte  P15767
Titel		Konformationen dehydratisierter/teilhydratisierter Proteine
ProjektleiterIn		BREUKER Kathrin
Bewilligungsdatum		07.05.2002
Universität / Forschungsstätte		Institut für Organische Chemie, Universität Innsbruck
Gebiet(e)
Keywords		Protein, Mass Spectrometry, Electron Capture Dissociation, Hydration, FT-ICR, Conformation
Homepage		http://www.bioms-breuker.at/

Wasser ist von zentraler Bedeutung für die biologische Aktivität von Proteinen. Erst durch die komplexe Wechselwirkung zwischen Wassermolekülen und einem Protein wird dessen jeweilige "native", also biologisch aktive, dreidimensionale Struktur stabilisiert. Viele Proteine sind nur in Verbindung mit Kofaktoren (wie zum Beispiel dem Häm) biologisch aktiv. Auch in diesem Fall bewirken Wassermoleküle, dass der aus Protein und Kofaktor bestehende Komplex eine stabile, biologisch aktive Gesamtstruktur annimmt. Häufig finden sich sogar strukturbildende Wassermoleküle an der Grenzfläche zwischen Protein und Kofaktor; sie können daher als integrale Bestandteile des aktiven Komplexes betrachtet werden. Proteine können erst nach Abschluss ihrer Biosynthese am Ribosom ihre funktionelle Struktur ausbilden. Für diesen Prozess, die Proteinfaltung, spielt Wasser ebenfalls eine essentielle und bisher nicht ausreichend verstandene Rolle. Der Bedeutung von Wasser für die Funktion von Proteinen wird in jüngster Zeit zunehmend Beachtung geschenkt, und Proteine in der kondensierten Phase werden immer häufiger mittels NMR-Spektroskopie und Röntgenkristallstrukturanalyse unter dem Aspekt der Hydratation studiert. Ein grundsätzlich anderer und neuer experimenteller Ansatz, mit dem im Gegensatz zu den oben genannten Methoden auch komplett desolvatisierte und partiell hydratisierte Proteine untersucht werden können, soll in diesem Projekt realisiert werden. Dabei werden die Proteine in einem Sprühprozess zunächst vom Grossteil des Lösungsmittels befreit, anschliessend werden die verbliebenen Wassermoleküle kontrolliert verdampft. Zurück bleiben, je nach gewählten experimentellen Bedingungen, komplett desolvatisierte oder partiell hydratisierte Proteine, die in einem speziellen Massenspektrometer mit Ionenspeicher-Eigenschaften studiert werden können. Eine neue massenspektrometrische Technik, die Elektronen-Einfang Dissoziation (Electron Capture Dissociation, ECD), ermöglicht dann die Lokalisierung der Wassermoleküle in den partiell hydratisierten Proteinen. Ausserdem geben die mittels ECD erhaltenen Strukturinformationen Auskunft darüber, wie sich die Proteinstruktur durch Hydratation ändert, und es können sogar Energien von Faltungsprozessen desolvatisierter Proteine bestimmt werden. Das Ziel dieses Projekt ist, experimentelle Antworten auf einige derzeit kontrovers diskutierte Fragen zu geben: Wie sehr gleichen sich die Strukturen von vollständig gelösten und komplett desolvatisierten Proteinen? Auf welche Weise beeinflusst die Hydratation die Struktur eines Proteins? Was ist der Effekt der Hydratation auf die Proteinfaltung? Neben ihrer grundlegenden Relevanz für biochemische Prozesse werden die Resultate dieses Projekts von grosser Bedeutung für die biochemische Analytik mittels moderner massenspektrometrischer Verfahren sein, und sie stellen einen Verknüpfungspunkt mit Protein-Modellrechnungen dar.