Strukturbestimmungen von angeregten Zuständen in Proteinen

Proteine haben keine statische Struktur, sondern existieren in unzähligen konformationellen Unterzuständen, deren freie Energien sehr ähnlich sind. Für einige Proteine, z.B. Myoglobin, konnte gezeigt werden, dass Konformationen, deren Energien geringfügig über der der nativen Konformation liegen, die Proteinfunktion wesentlich beeinflussen. Da diese so genannten niedrig liegenden angeregten Zustände oft nur zu wenigen Prozent populiert sind, ist es mit heutigen Methoden nicht möglich, deren räumliche Struktur zu bestimmen. Kernresonanzspektroskopie (NMR) ist die einzige Methode, die positionsspezifisch Bewegungen zwischen konformationellen Unterzuständen feststellen und auch Populationen, Austauschraten und die chemischen Verschiebungen einzelner Konformationen messen kann. Obwohl obige Parameter bereits eine recht gute Beschreibung des angeregten Zustands erlauben, reichen sie für die Berechnung der räumlicher Struktur nicht aus. Ziel dieses Projektes ist eine allgemeine Methode zu entwickeln, die es erlaubt die Struktur von angeregten Zuständen in Proteinen mittels NMR zu bestimmen. Als Modellsystem wurde kardiales Troponin C, ein Kalzium bindendes Protein das die Muskelkontraktion reguliert, gewählt, für welches es sehr gute Hinweise gibt, dass es sowohl in einer inaktiven, als auch einer aktiven, jedoch niedrig populierten, Konformation vorliegt. Durch Bindung von paramagnetischen Lanthanid-Ionen an Stelle des Kalziumions an Troponin C, soll eine distanzabhängige Modulation der gemessenen chemischen Verschiebung einführt werden, die wiederum die Berechnung der dreidimensionalen Struktur des angeregten Zustands des Proteins erlaubt. Die mit dieser Methode zu erwartende Zugänglichkeit der Struktur von Proteinen in angeregten, aktiven Zuständen, wird von großer Bedeutung für das Verständnis von Proteinfunktionen sein.