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Analyse eines Protein-Mikroschalters durch FTIR-Differenzspektroskopie

Einleitung

Aminosäure-Sequenzen in Proteinen enthalten oft Abfolgen, die mit einer bestimmten Funktion des jeweiligen Proteins in Zusammenhang gebracht werden können. Die Aminosäuren eines solchen Motivs liegen in der Regel benachbart auf einer Helix - oft im Abstand von drei bis vier Aminosäuren. Motive treten häufig in verwandten Proteinen auf - also Proteinen, die eine gemeinsame Entwicklungsgeschichte haben. Man spricht von konservierten Aminosäuren oder Motiven, wenn sie über lange Entwicklungszeiträume unverändert blieben und in vielen ähnlichen Proteinen vorhanden sind. Ihr häufiges Auftreten ist ein Indiz dafür, dass mit ihnen eine wichtige Funktion verbunden ist.

Abb.1
Beispiele für Motive und Mikroschalter im Rhodopsin (PDB-Code: 1GZM)1)

Der Mikroschalter "ionic lock" beinhaltet das Motiv E1342) und R135 auf Helix 3 (grün), wobei R135 noch weitere Bindungen zu E247 und T251 auf Helix 6 (gelb-orange) eingeht. Seine Aufgabe ist es, den inaktiven Grundzustand des Rhodopsins zur stabilisieren, indem er den Abstand zwischen Helix 3 (dunkelgrün) und 6 verkürzt. In dieser kompakten Struktur ist kein Platz, um an das G-Protein anzudocken. Der Mikroschalter "Schiff’sche Base" steuert die Interaktion vom Protein mit dem Liganden. Er ist etwa für dessen Bindung zuständig, verschiebt die Wellenlänge der Lichtabsorption des Liganden und steuert seine Abgabe.

Weil zunehmend mehr Protein-Strukturen durch Untersuchungen mittels NMR-Spektroskopie, Kristallstrukturanalyse oder Elektronenmikroskopie verfügbar werden, können mittlerweile auch Motive von Aminosäuren bestimmt werden, die nicht sequenziell benachbart sind, aber durch ihre räumliche Nähe dennoch einen funktionellen Schalter (Mikroschalter oder englisch microswitch) bilden. Anders als bei den Motiven liegen die Aminosäuren eines Mikroschalters häufig auf verschiedenen Helizes. Wie Motive sind sie hochkonserviert, was eine wichtige Funktion innerhalb der betrachteten Protein-Klasse nahelegt.

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