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Homepage CK in Entwicklung

Wir untersuchen Proteine mit spektroskopischen Methoden. Unser Schwerpunkt ist die Infrarotspektroskopie. Fast alle Moleküle interagieren mit infraroter Strahlung. Die IR-Spektroskopie kann daher prinzipiell label-frei an jedem Protein durchgeführt werden. Anhand des IR-Spektrum des Proteins können Informationen z.B. zur Sekundärstruktur erhalten werden. Um auf atomarer Ebene Reaktionsmechanismen von Proteinen zu untersuchen, wenden wir die Differenzspektroskopie an. Hier wird die Differenz der Spektren von zwei verschiedenen Proteinzuständen gebildet. Das kann entweder mit immobilisierten Proteinen bei der ATR-FTIR Spektroskopie durchgeführt werden oder mit Hilfe von zeitaufgelöster IR-Spektroskopie. Für die zeitaufgelöste Spektroskopie werden die Proteinreaktionen durch einen Laserblitz gestartet.

Oberflächenchemie

Für die ATR-FTIR Spektroskopie müssen die Proteine auf dem ATR-Kristall immobilisiert werden. Wir waren hier an der Entwicklung einer patentierten Oberflächenchemie beteiligt. Proteine können kovalent über Maleimid-Kopplung an Cysteinen oder NHS-Chemie kovalent gebunden werden. Außerdem ist die reversible Anbindung über Protein-Tags, wie z.B. E7/Im7 möglich.

Modellverbindungen

Um die erhaltenen Differenzspektren richtig zu interpretieren, müssen die Banden zu den funktionellen Gruppen zugordnet werden. So ist z.B. eine Zuordnung über Isotopenmarkierung möglich. Weitere Informationen lassen sich durch quantenchemische Rechnungen erhalten. Hierfür arbeiten wir mit der Gruppe von Till Rudack zusammen. Durch die Kombination von Experiment und Theorie lassen sich biomolekulare Prozesse viel genauer verstehen. Um dieses Wechselspiel zu verbessern, entwickelt Till Rudack die theoretischen Methoden weiter. Diese müssen dann mit experimentellen Daten validiert werden. Das geschieht mit optimalen Modellverbindungen, deren experimentellen Spektren wir aufnehmen.

GTPasen

GTPasen sind molekulare Schalter, die zahlreiche Prozesse in Zellen regulieren. Am intensivsten wird das Ras-Protein untersucht, welches das Signal für das Zellwachstum in Richtung Zellkern schaltet. Onkogene Punktmutationen von Ras in der GTP-Bindestelle verhindern die GTP-Hydrolyse von GTP zu GDP, so dass unkontrolliert ein permanentes Wachstumssignal erzeugt wird. Dies trägt zur Krebsentstehung bei.
Da GTPasen keine Photoreaktion zeigen, wird für die zeitaufgelöste Messung hier caged-GTP verwendet, welches durch einen UV-Laserblitz GTP erzeugt, so dass im Anschluss die GTPase Reaktion untersucht werden kann. Alternativ wird Ras in einer Durchflusszelle immobilisiert und z.B. durch Ligandenaustausch ein Differenzspektrum erzeugt.

Kanalrhodopsine

In der Optogenetik werden aktivierbare Zellen wie Neuronen durch Licht mit hoher zeitlicher und räumlicher Auflösung angeregt. Dazu werden meist mikrobielle Rhodopsine verwendet. Um diese besser anwenden zu können, untersuchen wir die Reaktionsmechanismen von Kationen- und Anionen-leitenden Kanalrhodopsinen (CCRs und ACRs).