Forscher schauten Proteinen bei der Arbeit zu
Die Bewegung von Proteinen benötige Energie: Moleküle wurde deswegen auf minus 168 Grad Celsius gekühlt.
Proteine, auch Eiweiße genannt, sind die Maschinen der Körperzellen: Indem sich Teile von ihnen bewegen oder verformen, führen sie eine biologische Funktion aus. Diesen notorisch schwierig zu beobachtenden Bewegungen haben nun Schweizer und französische Forscher "live" zugeschaut.
Proteine ermöglichen und kontrollieren nahezu alle biochemischen Prozesse in Lebewesen. Zu ihren beweglichen Teilen gehört ein "Rückgrat" aus Aminosäuren, an dem Seitenketten aus diversen anderen Molekülen hängen; weitere Komplexität schaffen Wassermoleküle, die den Proteinen angelagert sind. Die Bewegungen dieser Einzelteile sind jedoch nicht wie bei einem Uhrwerk klar definiert, sondern sie bewegen sich zufällig – fast schon chaotisch –, wie die ETH Lausanne in einer Mitteilung schreibt.
Eingefrorenes Protein
Dem Team um Lyndon Emsley von der ETH Lausanne (EPFL) und der Universität Lyon ist es mit Kollegen der Uni Grenoble Alpes nun erstmals gelungen, die Bewegungsabfolge dieser Komponenten zu beobachten. Sie berichten im Fachjournal Science darüber. Dazu froren die Forscher das Protein zunächst bei minus 168 Grad Celsius ein, was sämtliche Bewegungen stoppte.
Dann beobachteten sie, was während des allmählichen Auftauens geschah. Die Bewegung von Proteinen benötige Energie, und die Temperatur sei so etwas wie ein Maß für die vorhandene Energie, erklärten die Wissenschafter in der Mitteilung. Auf diese Weise ließ sich jede Bewegung des Proteins einzeln und in der richtigen Reihenfolge studieren.
Zuerst das Wasser, dann das Rückgrat
Es zeigte sich, dass beim Auftauen als erstes die Bewegungen des angelagerten Wassers wieder begannen, dann die der Seitenketten des Proteins. Als letztes begann sich das Rückgrat wieder zu bewegen, und zwar schon bei minus 53 Grad Celsius - weit unter physiologischen Temperaturen.
Für die Studie verwendeten die Forscher eine Apparatur namens Kernspinresonanzspektroskopie. Sie nutzt die magnetischen Eigenschaften bestimmter Atome wie Wasser- und Kohlenstoff, um die Struktur von Proteinen abzubilden. Für diesen Versuch mussten Emsley und seine Kollegen das Gerät jedoch so anpassen, dass es auch bei tiefen und wechselnden Temperaturen funktioniert.
"Mit unserer Methode lassen sich einzigartige, neue Einblicke in die Dynamik der Proteine gewinnen", sagte Emsley in der Mitteilung. Als nächstes wollen die Wissenschafter weitere Proteine damit untersuchen, um herauszufinden, ob diese Hierarchie der Bewegungen universell ist.