Breathing - das Atmen von Proteinen

Auch bei den kompakten, globulären Bereichen eines Proteins treten gewisse strukturelle Fluktuationen auf. Diese Fluktuationen betreffen z.B. die NH-Gruppen im Protein-Rückgrat, die mit dem Lösungsmittel in Wechselwirkung treten und damit ausgetauscht werden können. Dieses lässt sich quantifizieren, indem die Rate des Austausches von Amid-H-Atomen im Proteinrückgrat gegen Tritium- (aus ${{}^3\text{H}}_2\text{O}$) oder Deuterium-Atome (aus ${\text{D}}_2\text{O}$) bestimmt wird (isotopic exchange).

Über ${}^1\text{H}$-NMR-Spektroskopie lässt sich sogar die Austauschrate einzelner H-Atome bestimmen. Während die exponierten H-Atome des Protein-Rückgrats mit einer relativ hohen Rate ausgetauscht werden, findet der Austausch im Proteininneren erheblich seltener statt. Trotzdem überrascht, dass die im Inneren eines Proteins verborgenen H-Atome überhaupt mit dem Lösungsmittel in Kontakt kommen können. Dieses wird auf das so genannte breathing, also das Atmen eines Proteins zurückgeführt, bei dem Lösungsmittelmoleküle lokal und temporär ins Innere eines Proteins gelangen können, ohne dass sich ein Protein entfaltet.