Nanoscopic Understanding of Electron-Transfer and Channel-Forming Proteins in Action: A Multi-Frequency High-Field EPR Approach

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Als Teil eines Kooperationsprojekts von EPR-Gruppen in Berlin, Osnabrück/Dortmund und Mülheim a.d.Ruhr soll interdisziplinäre Forschung an Elektronentransfer- und kanalbildenden Proteinen in biologischer Aktion mit Hilfe der Hochfrequenz-/Hochfeld-EPR und ENDOR-Spektroskopie durchgeführt werden. Dazu werden die Konformationsänderungen und die Umfaltungsdynamik der spezifischen Proteindomänen studiert, die für die biologische Funktion essentiell sind. Die Strukturdetails sollen bis zu nanoskopischen Maßstäben charakterisiert und die Zeitkonstanten der Bewegungen im Bereich von Nanosekunden bis Sekunden ermittelt werden. Die einzelnen Forschungs-Unterprojekte umfassen: 1) Neue Mutanten von photosynthetischen Bakterien Rb. sphaeroides, um den Mechanismus des vektoriellen transmembranen Elektronentransfers zu analysieren. 2) Orts-spezifisch Spin-markierte Mutanten des bakteriellen Toxins Colicin A, um den Umfaltungsmechanismus des Proteins bei der Assoziation an und beim Eindringen in die Membran und bei der Ionenkanal-Bildung aufzuklären. 3) Instrumentelle Weiterentwicklungen unserer gegenwärtigen Hochfeld-EPR-Spektrometer, um ihre Nachweisempfindlichkeit und Zeitauflösung entsprechend den Erfordernissen dieser Forschungsprojekte zu verbessern. Diese Untersuchungen werden 20 Jahre DFG-geförderter Hochfeld-EPR-Forschung an der FU-Berlin zu einem Abschluss bringen. Die Untersuchungen werden wichtige Informationen zum Verständnis der Zusammenhänge von Struktur, Dynamik und Funktion von Proteinen liefern, die komplementär zu denen anderer Ansätze in der Proteomics-Forschung sind.