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Neutronen und das Leben Druckversion
 

Struktur und Dynamik komplexer biologischer Moleküle

Bei der Untersuchung von Lebewesen und organischen Materialien werden häufig hochauflösende Methoden der Röntgen- und Neutronenstreuung sowie der NMR für die Aufklärung der Struktur komplexer biologischer Moleküle miteinander kombiniert. Die Bedeutung der Neutronentechniken liegt insbesondere in der einzigartigen Möglichkeit der Variation des Streukontrasts durch partielle Deuterierung von Biomolekülen sowie in der unübertroffen genauen Bestimmung der Lage von Wasserstoffbrücken in kristallisierten Proteinen. Letzteres ist unter anderem eine Voraussetzung für ein tieferes Verständnis der Proteinfaltung und -funktion.

Eine beträchtliche Anzahl der in Deutschland im Bereich strukturelle Biologie durchgeführten Forschungsprojekte mit Neutronen konzentriert sich besonders auf Fragestellungen nach der Funktionsweise spezifischer biologischer Systeme, z.B. den katalytischen Mechanismen bestimmter Enzyme und komplexer Proteine wie z.B. dem lichtgetriebenen Protonentransport in Bacteriorhodopsin oder dem Einfluß von Chaperonen, wie GroEL, auf die Proteinfaltung.

Mit Neutronenreflexion ist es möglich, die Wechselwirkung zwischen Biomolekülen und Membranen (Lipidmonolayer und -bilayer) mit submolekularer Auflösung zu untersuchen. Insgesamt konzentriert sich die Untersuchung von Modellmembranen zunehmend auf die Wechselwirkungen zwischen Membranen und Proteinen. Von besonderem Interesse sind Arbeiten zur Rekonstitution von funktionalen Proteinen in Membranen, da sie grundlegend Aufschluß über die strukturellen und dynamischen Aspekte der Interaktion von Proteinen und Lipiden und damit von Proteinfunktion in einer definierten Membranumgebung erlauben.

Obwohl die oben beschriebenen Techniken mit hoher Ortsauflösung zweifellos den Schwerpunkt biologisch orientierter Neutronenanwendungen darstellen, hat sich besonders in Deutschland ein weiteres Applikationsgebiet etabliert, welches die einzigartigen Möglichkeiten der Neutronen für dynamische Untersuchungen biologischer Objekte ausnutzt. Grundlage hierfür sind Neutronentechniken, bei denen neben der Ortsauflösung auch die zwischen Neutron und Probe ausgetauschten Energien simultan detektiert werden. Dies ermöglicht Messungen zu sehr langen Zeiten hin, die zur Aufklärung der molekularen Dynamik von Biomolekülen notwendig sind. Ziel dieser Untersuchungen ist das Verständnis von makroskopischer Funktion und dynamischer Struktur von Biomolekülen und Membransystemen auf der Basis ihrer molekularen Dynamik und der wirkenden Kräfte.

Quelle: KFN-Strategiepapier 1999
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