Inaktivierung von Proteinen und Zellen durch Laserbestrahlung von ...

14 Theorie
G
TT stab
N
�G #
D
Konformationen
Abbildung 2.3: Schematische Darstellung der temperaturabhängigen potentiellen
Energie, die die Gleichgewichtsverteilung von nativem Zustand (N), einem Zwischenzustand
und einem denaturierten Zustand (D) beschreibt; a) für Temperaturen unterhalb
der Stabilitätsgrenze Tstab, b)für Temperaturen oberhalb dieser Temperatur.
Die Höhe der Energiebarriere ∆G # bestimmt die Geschwindigkeit, mit der sich
dieses Verhältnis einstellt. Bei einer Erhöhung der Temperatur verschieben sich
die Energieniveaus, so dass der denaturierte Zustand stärker bevölkert wird. Unter
den Rahmenbedingungen eines konstanten Drucks und einer konstanten Temperatur
bestimmen die Unterschiede in der freien Enthalpie ∆G das Verhältnis
der Konzentration von nativem zu denaturiertem Protein.
Vernachlässigt man die Rückreaktion von dem denaturierten Zustand in den Zwischenzustand,
was bei der Hydrolyse, der Aggregation der entfalteten Proteine
oder einer großen Differenz in der freien Enthalpie gerechtfertigt ist [109], so
erhält man das Drei-Zustands-Modell
N
kZ(T )
⇀↽
kN (T )
Z
kD(T )
⇀ D. (2.2)
Die Ratenkonstante kD läßt sich mit Hilfe des genannten Zwischenzustands [64,
89, 157] unter der Annahme herleiten, dass zwischen dem nativen Zustand und
dem Zwischenzustand ein Gleichgewicht besteht. Die Denaturierungsrate kann
dann mit
kD = kbT [Z]
(2.3)
h [N]
als Funktion der Temperatur und der Konzentration von N und Z ausgedrückt
werden [64]. Hierin bezeichnet kb die Boltzmannkonstante und h das Planck’sche