Modelluntersuchungen zur Wärmekapazität von Proteinen

Die thermodynamische Stabilität von Proteinen in wäßriger Lösung wird quantitativ durch den Unterschied der Freien Enthalpiefunktionen des nativen und aufgefalteten Zustandes beschrieben. Da die native Struktur leichter durch Methoden wie Röntgenstrukturanalyse oder Kernmagnetische Resonanz zu charakterisieren ist als der ungeordnete, denaturierte Zustand, haben sich Diskussionen über die Ursachen von Stabilitätsänderungen durch Mutationen überwiegend auf den nativen Zustand konzentriert. Auch wenn es Plausibilitätsgründe für die Richtigkeit dieses Interpretationsansatzes gibt, können natürlich Einflüsse auf den aufgefalteten Zustand nicht ausgeschlossen werden. Ein vielversprechender Ansatz ist die Modellierung der Wärmekapazität des aufgefalteten Polypeptides durch Wärmekapazitätsinkremente der Aminosäureseitengruppen, der Peptidgruppe und der Amino- und Carboxylendgruppen. Diese Parameter können aus Wärmekapazitätsmessungen an synthetischen Tripeptiden der Zusammensetzung Gly-X-Gly gewonnen werden, wobei X sich auf jeden der 20 Aminosäureseitengruppen bezieht. Die bisher gewonnen Zahlenwerte zeigen, daß in der Fachliteratur vorhandene Parameter mit großen Fehlern behaftet sind und ihre Verwendung in Modellrechnungen zu erheblichen Diskrepanzen mit experimentellen Daten führt.

Beteiligte Wissenschaftler:

Prof. Dr. Hans-Jürgen Hinz, Dipl.-Chem. Marko Häckel, Prof. Dr. Gavin Hedwig, Takashi Konno

Veröffentlichungen:

M. Häckel, H.-J. Hinz and G. R. Hedwig: A new set of peptide-based group heat capacities for use in protein stability calculations.JMB (1999), 291, 197-213

M. Häckel, G.R. Hedwig and H.-J. Hinz: Partial molar volumes of proteins: Amino acid side-chain contributions derived from the partial molar volumes of some tripeptides over the temperature range 10-90°C. Biophysical Chemistry (1999), 82, 35-50

M. Häckel, T. Konno, H.-J. Hinz: A new alternative method to quantify residual structure in unfolded' proteins, BBA (2000), 1479, 155-165

M. Häckel, H.-J. Hinz. G. R. Hedwig: The partial molar volumes of some tetra- and pentapeptides in aqueous solution: a test of amino acid side-chain group additivity for unfolded proteins, PCCP (2000), 2, 4843-4849