Prof. Dr. H.-J. Hinz
Stabilisierung und Aktivierung von Proteinen (Spektroskopische und thermodynamische
Charakterisierung)
Bei der Adaptation von Proteinen an verschiedene Biotope (psychro-, meso-, thermo-, halophil) wird die
gesamte Palette der intermolekularen Wechselwirkungen eingesetzt. Charakteristisch für Proteine ist das
hohe Maß an Enthalpie-Entropie Kompensation im wäßrigen System. Daraus resultiert eine
erstaunlich geringe freie Standardenthalpie der Stabilisierung von etwa 50 30 kJ/Mol, die
praktisch unabhängig von der Molmasse der Makromoleküle im Bereich von 5.000 -
100.000 g/Mol ist. Diese Labilität der Proteine bedingt, daß einzelne
Aminosäureaustausche einen signifikanten Einfluß auf die Gesamtstabilität ausüben
können. Die systematische Untersuchung der stabilisierenden und destabilisierenden Wirkung von
Punktmutationen oder Oligopeptidaustauschen soll zum Verständnis der molekularen Mechanismen der
Proteinstabilisierung führen und gleichzeitig eine Grundlage für technologisch interessantes
rationales "protein design" schaffen. Bei der Diskussion von “Proteinstabilität“ muß
man klar zwischen “kinetischer Stabilität“ und “thermynamischer
Stabilität“ unterscheiden. Auch unter biotechnologischen Aspekten ist nicht unbedingt die freie
Enthalpiedifferenz zwischen nativem und denaturiertem Protein das entscheidende Haltbarkeitskriterium
sondern die Höhe der freien Aktivierungsenthalpie, die nicht bei RT aber bei niedrigen
Lagerungstemperaturen die Denaturierung verhindert. Dementsprechend konzentrieren sich unsere
Untersuchungen auf zwei Bereiche, auf die Bestimmung der charakteristischen thermodynamischen
Gleichgewichtsparameter G°, H°, S°, und cp und auf die Ermittlung der
Aktivierungsgrößen aus kinetischen Messungen. Die Systeme, an denen gearbeitet wird, umfassen
kovalent vernetzte kleine und große Proteine Tendamistat, PDI, t-Plasminogenaktivator, Annexine, nicht
vernetzte Proteine wie ROP, h-sterol carrier protein 2 und Metalloproteine wie Azurin. Zur quantitativen
Charakterisierung lokaler Strukturperturbationen werden definierte Aminosäureaustausche
vorgenommen, so daß der Einfluß von “cavity mutations“, Insertionen und Deletionen
auf die konformationelle Gesamtstabilität bestimmt werden kann. Zur Ermittlung der relevanten
Stabilitätsparameter werden spektroskopische Methoden (CD, UV-Vis, Fluoreszenz) und
thermodynamische Verfahren (Differentialwärmekapazitäts-mikrokalorimetrie, potentiometrische
Titrationen, Differentialdensitometrie, Titrations-mikrokalorimetrie) angewandt.
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