Modifizierte Myoglobin Komplexe

Künstliche Proteine, die sich vom Pottwalmyoglobin ableiten sollten mittels rekombinanter DNS-Techniken im Labormaßstab hergestellt werden. Ein Teil der geplanten Proteine besitzt durch Austausch einer Aminosäure an strategischer Position die Fähigkeit kovalente Bindungen mit dem natürlichen Chromophor Häm aber auch mit (halb-)synthetischen Gallenfarbstoffen einzugehen. Zudem werden "Minimyoglobin" und "Micromyoglobin" mit stark verkürzten Aminosäuresequenzen gegenüber dem natürlichen Myoglobin hergestellt. Diese dienen zum exakten Studiums des Bindungsverhaltens bezüglich Geometrie und Dynamik und daraus abgeleiteten verbesserten Proteindesigns bezüglich Bindungs-Selektivität und Stärke. Als Endprodukt dieses Design und Syntheseprozesses ist ein künstliches Protein, das seine Struktur und Eigenschaften unter Lichteinfluß reversibel ändern kann, also ein künstlicher biomolekularer Photorezeptor. Die eingesetzten Techniken umfassen unter anderem neben herkömmlicher rekombinanter DNS-Technologie auch Markierung mit stabilen Isotopen für die Strukturbestimmung mittels Kernresonanzspektroskopie (NMR) mittels molekularbiologischer Methoden sowie mehrdimensionale homo- und heteronukleare Kernresonanzspektroskopie.

Das Projekt lieferte wichtige Resultate sowohl für die Funktion von Eiweißstoffen (Proteinen) als auch neue methodische Ansätze für deren Untersuchung. Der interessanteste neue Stoff, der im Rahmen der hergestellt wurde ist Mikromyoglobin. Mikromyoglobin ist zur Zeit das kleinste bekannte Fragment des Muskelproteins Myoglobin, das noch die Fähigkeit besitzt, den für den Sauerstofftransport zuständigen Blutfarbstoff Häm zu binden. Es wurde mit Hilfe gentechnischer Methoden in Bakterien hergestellt. Mikromyoglobin entspricht dem inneren Exon des Myoglobin- Genes und enthält die Minimalfuktionalität, die für die Bindung des Blutfarbstoffes nötig ist. Bei den methodischen Fortschritten wurden neuartige Methoden der Kernresonanzspektroskopie (NMR) entwickelt, die speziell für die Untersuchung von Stoffen geeignet sind, die freie Elektronen enthalten, also für so genannte paramagnetische Substanzen, wie auch Myoglobin. Die wesentliche Neuerung dabei ist, dass ein Teil, der durch die für viele magnetische Untersuchungen störenden Interferenzen der freien Elektronen durch Ausnützen eines neuen Effektes (PIN - Paramagnetically Iinduced Narrowing), kompensiert werden können. Dadurch wird die Ermittlung der räumlichen Anordnung (im Speziellen Winkel) von paramagnetischen Molekülteilen in Fällen ermöglicht, die bisher einer derartigen Analyse nicht oder nur schwer zugänglich waren.