Verlag des Forschungszentrums Jülich
JUEL-3845
Hehn, Dominic
Untersuchung der Struktur und Dynamik von Bacteriorhodopsin-Intermediaten mit hochauflösenden Methoden
163 S., 2001
Das Membranprotein Bacteriorhodopsin durchläuft nach der Anregung durch ein Lichtquant eine in mehrere Zwischenzustände (Intermediate) unterteilbare Reaktion, in deren Verlauf ein Proton durch die Membran gepumpt wird. Eine wichtige Rolle beim Pumpvorgang spielen strukturelle Veränderungen des Proteins. Es ist zu erwarten, daß die Untersuchung dieser Strukturänderungen bzw. der Strukturen der Zwischenzustände wichtige Beiträge zur Aufklärung der Funktionsweise von Bacteriorhodopsin liefern kann. Für die Bestimmung der Struktur von Reaktionszwischenzuständen mit der Röntgenbeugungsmethode ist es notwendig, diese Zwischenzustände anzureichern und einzufangen. In dieser Arbeit werden Methoden vorgestellt und optimiert, mit denen die Zwischenzustände von Bacteriorhodopsin eingefangen werden können. Um die in Proteinkristallen eingefangenen Zustände charakterisieren zu können wurde ein Mikroskop zur simultanen Messung von Absorptionsspektren im sichtbaren und im infraroten Wellenlängenbereich entwickelt. Es werden Verfahren vorgestellt, mit denen die Intermediate K, L und M in wildtypischen Bacteriorhodopsin-Kristallen eingefangen werden können. Weitere Intermediate lassen sich in Bacteriorhodopsin-Mutanten einfangen. Für die Charakterisierung der Photoreaktion solcher Mutanten wurde ein Spektrometer für zeitaufgelöste Messungen aufgebaut. Die zeitaufgelösten Messungen an den Mutanten liefern einerseits Erkenntnisse über den Ablauf der Photoreaktion, andererseits kann auch die Eignung für den Einfang bestimmter Intermediate erkannt werden. Schließlich werden die mit der Röntgenbeugungstechnik bestimmte Struktur des M-Zustands, der nach der beschriebenen Methode in einem wildtypischen Bacteriorhodopsin-Kristall eingefangen wurde, vorgestellt und die sich daraus ergebenden neuen Erkenntnisse erläutert.
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