Inaktivierung von Proteinen und Zellen durch Laserbestrahlung von ...

Theorie 13
den Zustand minimaler Energie, der biologisch inaktiv ist, kommen kann. Beispiele
hierfür sind der Plasminogen-Aktivator-Inhibitor (PAI-1), dessen aktive
d.h. native Form metastabil ist und innerhalb von 6 Stunden in eine stabile inaktive
Form übergeht [14]. Weitere Beispiele aus der Gruppe der Serpine lassen sich
anführen, die dafür verantwortlich gemacht werden können, dass es zu Proteinfehlfaltungen
kommt, die für die Alzheimer- , Creutzfeldt-Jakob Krankheit oder
BSE verantwortlich sind [188]. Die schnelle und in der Regel fehlerfreie Faltung
der Peptidketten ist eins der erstaunlichsten Phänomene der Biochemie.
2.1.2 Stabilität und thermische Denaturierung von
Proteinen
Proteine sind gegenüber Störeinflüssen wie Wechsel in der Ionenstärke, dem pH
oder der Temperatur empfindlich. Eine Erhöhung der Temperatur führt in der
Regel zu einem Verlust der räumlichen Proteinstruktur. Schon sehr früh wurden
Versuche unternommen [89], beobachtete Reaktionskonstanten kD mit der
sogenannten Arrheniusgleichung über zwei empirische Konstanten(A0, Ea) zubeschreiben,
wobei R die allgemeine Gaskonstante und T die Temperatur ist.
Ea
−
kD = A0e RT (2.1)
Ebenso wurde von Anfang an der Versuch unternommen Größenzubestimmen,
die die Vielzahl möglicher Reaktionsvorgänge in Proteinen global über thermodynamische
Größen charakterisieren. Zur Berechnung der thermodynamischen
Größen über die statistische Mechanik muss über die Bewegungsfreiheitsgrade
der Moleküle eine Zustandssumme für ein Protein bestimmt werden. Das einfachst
mögliche Modell für die thermisch induzierte Proteinentfaltung ist ein
Zwei-Zustands-Modell [89, 125]. Darin findet eine Reaktion von einem nativen
Proteinzustand (N) über eine Energiebarriere (G # ) in einen denaturierten Zustand
(D) statt. Die Gleichgewichtsverteilung der Anzahl der Moleküle in den
jeweiligen Zuständen richtet sich nach der Differenz der potentiellen Energie in
den Zuständen. Die potentielle Energie in Abhängigkeit einer abstrakten Reaktionskoordinate,
die vom nativen zum entfalteten Zustand führt, ist schematisch
in Abbildung 2.3 dargestellt.