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Neues aus der Welt der Wissenschaft |
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BSE: Der Proteinfaltung auf der Spur |
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| | | Falsch gefaltete Proteine sind für Krankheiten wie BSE oder Alzheimer verantwortlich. Frankfurter Forscher erzeugen nun die Faltung im Experiment, um sie analysieren zu können. |
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Eine Reihe von Krankheiten, die derzeit in der Diskussion stehen, sind auf Fehlfunktionen nicht korrekt gefalteter Proteine zurückzuführen. Dazu gehören zahlreiche Muskelkrankheiten, aber auch Alzheimer, die Creutzfeld-Jakob-Krankheit, Scrapie und BSE.
Die Ursachen sind weitgehend unbekannt; man weiß jedoch, dass fehlgefaltete Proteine (Prionen) unter anderem pathologisch wirken, indem sie zusammenklumpen (aggregieren) und nicht mehr abgebaut werden können. Die Frankfurter Forschungsgruppen von Josef Wachtveitl und Werner Mäntele untersuchen derzeit die Mechanismen der Proteinfaltung.
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Mit Hilfe spektroskopischer Methoden versuchen sie, die Prozesse der Strukturbildung - den Übergang vom ungeordneten Aminosäure-Knäuel zu einer geordneten Struktur - zu charakterisieren und zu entschlüsseln. |
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Der Ablauf der Proteinfaltung ist wenig bekannt |
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In beiden Gruppen werden Modellsysteme und kleine Proteine untersucht, um die Leistungsfähigkeit neuer Methoden auszuloten und zu verbessern. Die bisherigen Ergebnisse sind vielversprechend: Strukturmerkmale an Proteinen können identifiziert und Strukturumwandlungen zeitlich verfolgt werden.
Denn der Ablauf grundlegender Prozesse der Proteinfaltung ist bisher wenig bekannt. Die meisten Proteine falten korrekt in der erstaunlich kurzen Zeit im Bereich von einer Milliardstel (10-9 ) Sekunde bis zu Sekunden. Daher nimmt man an, dass die
Energielandschaft, die Faltungswege und Geschwindigkeit bestimmt, relativ übersichtlich ist und ein klares Optimum hat, das vom Protein "intuitiv gefunden" wird.
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Laserblitz wandelt Strukturmotive um
Die Gruppe um Josef Wachtveitl vom Institut für Physikalische und Theoretische Chemie setzt kurzzeit-spektroskopische Methoden ein, um primäre Prozesse der Strukturbildung bei Proteinen zu untersuchen. Sie laufen in der unvorstellbar kurzen Zeit von 10-12 bis 10-9 - einer Billionstel bis einer Milliardstel Sekunde - ab. Unter Einsatz neuartiger optischer Schalter können mit einem ultrakurzen Laserblitz Strukturmotive ineinander umgewandelt werden; diese Strukturbildung wird mit Laserlicht charakterisiert. |
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Falsch gefaltetes Protein unbrauchbar |
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Faltet das Protein nicht korrekt, ist es in seiner Funktion gestört, wenn nicht ganz unbrauchbar. Die Strukturbildung ist mit der Entstehen einer Siedlung vergleichbar: Relativ schnell stehen die ersten Häuser, die sich allmählich zu Stadtteilen entwickeln und schließlich die ganze Stadt bilden.
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Energetische Situation bestimmt korrekte Faltung |
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Die korrekte Strukturbildung ist die Voraussetzung dafür, dass die Proteine ihre Funktionen fehlerfrei erfüllen können: Nach ihrer Bildung aus einzelnen Aminosäuren müssen sie sich in eine präzise dreidimensionale Struktur falten. Der Übergang von einer ungeordneten Kette von Aminosäuren in eine - und nur eine ganz spezifische der zahllosen Möglichkeiten, eine räumliche Anordnung einzunehmen, wird von der energetischen Situation bestimmt.
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Temperaturänderungen zur Untersuchung der Faltprozesse
Werner Mäntele und Christian Zscherp vom Institut für Biophysik arbeiten mit Temperaturänderungen, um die Faltungsprozesse zu untersuchen. Mit infrarotem Messlicht wird die Bildung der Strukturmotive wie einer Helix oder eines Faltblattes verfolgt. |
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01.01.2010 |
