Stability of halophilic proteins: competition between hydrophobic and electrostatic solvation

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Halophile (salzliebende) Proteine, typischerweise zu finden in Archaea, sind so konstruiert, dass sie in extremer, salzreicher Umgebung mit einer Salzkonzentration von etwa 2-4M funktionieren. Experimente z.B. an dem halophilen Enzym HmMDH haben gezeigt, dass ihre Aktivität, Stabilität und Löslichkeit sehr stark vom Salztyp (Hofmeister Effekte) und dessen Konzentration abhängen, Faktoren, die den Wettkampf zwischen hydrophoben und elektrostatischen Wechselwirkungen balancieren. Weiterhin wurde gezeigt, dass Entnetzung von Wasser nahe des hydrophoben Proteinkerns in der Faltung und Assoziation von nicht-halophilen Proteinen eine Schlüsselrolle spielt und sensitiv von elektrischen Feldern beeinflusst wird. Bei den typischerweise stark geladenen halophilen Proteinen ist der Wettkampf zwischen hydrophoben und elektrostatischen Beiträgen sehr verstärkt, und die elektrostatische Abschirmung und der spezifische Einfluss des Salzes werden erwartungsgemäß einen subtilen Einfluss auf Entnetzung, Proteinkollaps und Stabilität haben. In diesem Vorhaben werden wir diese unverstandenen Phänomene mit atomistischen Computersimulationen und mit Methoden der statistischen Physik auf Multiskalen studieren. Die Resultate werden beitragen die Funktionalität von Proteinen in extremer Umgebung besser zu verstehen und zur Konstruktion robuster Moleküle/Proteine in Nano- und Biotechnologie behilflich sein. Zusätzlich werden sie eine klarere Einsicht in die gekoppelte Physik von hydrophoben und stark wechselwirkenden Coulomb Systemen liefern.