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Erde|Umwelt

Forscher: Elektronenspinresonanz bildet Struktur von Membranproteinen ab

Ein an der Cornell Universität im US-Bundesstaat New York entwickeltes Verfahren eignet sich zur Bestimmung der räumlichen Struktur großer Proteine und ganzer Proteinkomplexe. Die Technik beruht auf der Untersuchung der Wechselwirkungen ungepaarter Elektronen in den Proteinen. Diese können somit in ihrer natürlichen Umgebung untersucht werden. Darüber berichten die Wissenschaftler in dem Fachblatt Journal of the American Chemical Society.

Die von der Gruppe von Jack Freed entwickelte Variante der Elektronenspinresonanz?Spektroskopie (ESR) untersucht die Stärke der Wechselwirkungen zwischen ungepaarten Elektronen eines Moleküls. Diese Elektronen werden mittels Mikrowellenpulsen in wohldefinierten Spinzuständen angeregt, und deren schwachen Wechselwirkungen geben Aufschlüsse über den räumlichen Abstand der Elektronen. Dies erlaubt die Herstellung einer räumlichen „Karte“ des Proteins ? die Bestimmung seiner dreidimensionalen räumlichen Struktur.

Das von den Forschern auf den Namen DQC-ESR (double quantum coherence electron spin resonance) getaufte Verfahren ist in der Lage, die Struktur eines Proteins in seiner natürlichen, wässrigen Umgebung zu bestimmen ? selbst wenn dieses nur in einer extrem geringen Konzentration vorhanden ist. Die Wissenschaftler glauben, auf diese Weise die Entwicklung von biomedizinischen Wirkstoffen beschleunigen zu können.

Die herkömmliche Methode zur Bestimmung der Struktur eines Proteins ist die Röntgenstrahlstrukturanalyse. Dazu muss das Protein allerdings in kristalliner Form vorliegen, was zahlreiche Probleme mit sich bringt: Zum einen muss das Protein in einer genügend großen Konzentration vorhanden sein, um die Herstellung eines Proteinkristalls zu ermöglichen. Die Kristallisation kann zudem die dreidimensionale Struktur des Proteins verändern ? es befindet sich nicht mehr in seiner natürlichen Umgebung. Einige Proteine lassen sich zudem nur schwer oder gar nicht kristallisieren ? dies trifft insbesondere auf die wichtige Klasse der Membranmoleküle zu. Derartige Proteine wurden bisher mittels Kernspinresonanztechniken (NMR für nuclear magnetic resonance), die sich allerdings nur für die Bestimmung von kleinen Abständen zwischen nahe benachbarten Atomkernen eignen, analysisert.

Stefan Maier
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