Gängige Computermodelle schlüsseln Proteinstrukturen nur ungenau auf

10. Februar 2014, 13:48
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Proteinstrukturen dürften weit dynamischer und heterogener sein, als gängige Methoden zur Röntgenstrukturanalyse nahelegen

Wien - Gängige Computermodelle, mit denen sich Forscher auf die Suche nach dem Aufbau von Proteinkristallstrukturen machen, dürften über die tatsächlichen Positionen einzelner Atome ungenauer Auskunft geben als bisher angenommen. Daten aus einem Experiment lassen darauf schließen, dass die Beweglichkeit einzelner Teilchen bis zu sechs Mal größer ist als es bisherige Modelle vorhersagen, berichten Wiener Forscher im Fachblatt "Nature Communications".

Um die Zusammensetzung einzelner Proteine zu bestimmen, nutzen Wissenschafter die Röntgenstrukturanalyse (auch Röntgenkristallographie), die eine weitgehend genaue Bestimmung des atomaren Bauplans ermöglicht. Dabei werden durch Beugung von Strahlung am Kristallgitter - in dem Fall eben mit Röntgenstrahlung - Muster beobachtbar, aus denen die Kristallstruktur mit Hilfe von Computerprogrammen berechnet werden kann. 

Durchschnittswert nicht ausreichend

Da sich die Atome in den Strukturen allerdings bewegen, kann mit dieser Vorgehensweise lediglich ihr durchschnittlicher Aufenthaltsort berechnet werden. Wie aussagekräftig ein solcher Durchschnittswert tatsächlich ist, haben nun Systembiologen der Max F. Perutz Laboratories der Universität Wien und der Medizinischen Universität Wien in einem Experiment untersucht.

Die Wissenschafter um Antonija Kuzmanic und Bojan Zagrovic entwarfen dazu ein Protein am Computer, dessen einzelnen Atomen sie entweder mehr oder weniger Bewegungsfreiheit gewährten. Ebenfalls virtuell führten sie dann Röntgenstrukturanalysen der verschieden dynamischen Strukturen durch. Die gewonnenen Daten spielten sie anschließend in gängige Computerprogramme zur Strukturbestimmung ein, um Rückschlüsse auf die Genauigkeit dieser Modelle zu erhalten.

Bis zu sechsmal höhere Beweglichkeit

"Wir waren total überrascht, als wir festgestellt haben, dass die gängigen Programme zur Analyse röntgenkristallographischer Daten zur Strukturbestimmung von Proteinen die Dynamik innerhalb des Proteins - also wie stark jedes einzelne Atome in seiner Position herumwackeln kann - völlig unterschätzen", fasst Kuzmanic das Ergebnis zusammen. "Unsere Daten zeigen, dass die Beweglichkeit der Atome bis zu sechsmal höher ist. Das ist, als ob man seinen Kopf plötzlich um 180 Grad drehen könnte, statt nur nach links oder rechts."

Die Programme scheinen also kein sehr detailliertes Bild über die Beweglichkeit von Atomen innerhalb der Strukturen zu zeichnen, so die Forscher. Proteinstrukturen seien vermutlich weit dynamischer und heterogener, als gängige Methoden zur Röntgenstrukturanalyse nahelegen. Da man sich vor allem bei der Entwicklung von Proteinen, die möglicherweise als Medikamente dienen, auf Daten aus den scheinbar ungenauen Methoden verlasse, brauche es hier neue Ansätze. (APA/red, derStandard.at, 10.2.2014)

  • Atommodell des Proteins Villin. Farbe und Größe der Ellipsoide stellen die lokale Dynamik der einzelnen Atome dar.
    foto: bojan zagrovic

    Atommodell des Proteins Villin. Farbe und Größe der Ellipsoide stellen die lokale Dynamik der einzelnen Atome dar.

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