Stabilität und Funktion von Proteinen in nanostrukturierten Umgebungen

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Proteine sollen in nanostrukturierten Umgebungen untersucht werden, die in Bezug auf Stabilität, Struktur und Funktionseigenschaften der Biomoleküle möglichst optimale Eigenschaften haben sollen. Proteine werden spezifisch an selbstorganisierende Monoschichten (SAMs) auf festkörpergestützten, planaren Oberflächen gekoppelt oder in dreidimensionale Polymernetzwerke eingebettet. Es werden spektroskopische und mikroskopische Methoden eingesetzt, wobei Messungen mit Einzelmolekülempfindlichkeit im Vordergrund stehen. Durch systematische Beobachtungen von Strukturfluktuationen einer Anzahl wohlselektierter Modellproteine durch zeitlich aufgelöste Messungen des Fluoreszenzresonanzenergietransfers (FRET) bei Variation der Fluorophor-Bindungsstellen werden Details der Faltungsdynamik analysiert, zum Beispiel die Existenz von Faltungsintermediaten. Weitere, detaillierte Einsichten in die Energielandschaft der Polypeptide ergeben sich durch gezielte Modifikation der Aminosäuresequenz. Messungen im thermodynamischen Gleichgewicht in einem chemisch (denaturierende Kosolventien) oder physikalisch (Temperatur, Druck) destabilisierenden Milieu werden ergänzt durch Experimente unter Nichtgleichgewichtsbedingungen unter Einsatz von mikrostrukturierten Mischzellen. Neben Faltungsübergängen sollen Strukturfluktuationen im gefalteten Zustand untersucht werden, wobei hier insbesondere Fluorophor-Polypeptid-Wechselwirkungen in fluoreszenten Proteinen bearbeitet werden. Im Rahmen dieser Arbeiten werden auch die optischen Methoden mit Einzelmolekülempfindlichkeit (Absorption, Fluoreszenz, SERS) weiter verfeinert.