Dynamics and Function of Spin Labelled Membrane Proteins Studied by Multi-Frequency EPR

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Konformationsänderungen sind für die biologische Funktion von Proteinen von wesentlicher Bedeutung. Die zugrunde liegenden dynamischen Prozesse sollen mittels Mehr-Frequenz EPR Spektroskopie (10 GHz - 360 GHz) an Hand von vier ortsspezifisch spinmarkierten Modellsystemen untersucht werden: diese sind das bakterielle Toxin Colicin A, das Halorhodopsin, das Sensorisches Rhodopsin I und das Proteorhodopsin. Nach der Bindung an die Membran ändert Colicin A seine Konformation und bildet einen spannungsgesteuerten Kanal. Dieses Protein dient als Modell für Proteinfaltung und -entfaltung, für Protein-Membranwechselwirkung und Ionenkanalbildung. Die lichtgetriebenen Ionenpumpen Halorhodopsin und Proteorhodopsin und der Lichtsensor Sensorisches Rhodopsin I sind Mitglieder der Familie der Siebenhelix-Transmembranproteine. Die Mechanismen und die physiologische Funktion der Konformationsänderungen, die während des Ionentransports bzw. der Signalentstehung stattfinden, sollen charakterisiert und mit denen anderer Rhodopsine verglichen werden. Um die Strukturen und die konformationelle Dynamik zu modellieren werden Mehr-Frequenz EPR Spektroskopie und Molekulardynamik Simulationen miteinander verknüpft. Methodische Weiterentwicklungen beinhalten den Einbau unnatürlicher spinmarkierter Aminosäuren in die Zielproteine durch Ligation chemischer oder rekombinant hergestellter Peptide.