Mechanische Anisotropie von Proteinen in ...

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38 4. Lokale Minima in der GFP Energielandschaft 4.4 Zusammenfassung Durch die Wahl der Kraftangriffspunkte an die Raumstruktur eines Proteinmoleküls können selektiv partiell gefaltete Strukturen eines Proteins erzeugt werden. Im Falle des GFP wurde eine Bifurkation des Reaktionspfades für den kraftinduzierten Bruch bei Belastung über (3,212) beobachtet. Einer der möglichen Pfade verläuft dabei über eine mechanische stabile Zwischenstruktur. Externe Einflüsse konnten ausgeschlossen werden. Es wurden die Unterschiede in der Form der energetischen Barriere der zwei Reaktionspfade sowie die Eigenschaften des Bindungspotentiales der Zwischenstruktur analysiert.
Kapitel 5 Direktionale Mechanik einer Proteinstruktur In diesem Kapitel werden die Kräfte analysiert, bei denen es zum Bruch der Raumstruktur des GFP kommt, wenn Kraft über verschiedene Punkte an das Protein angelegt wird. Aus den Bruchkraftverteilungen werden Eigenschaften des Bindungspotentiales der GFP Raumstruktur bestimmt. 5.1 Direktionale Bruchkräfte der GFP Struktur In die Analyse wurden nur Bruchereignisse aus Polyprotein-Kraftkurven einbezogen, in deren Verlauf mit großer Sicherheit alle im jeweils gestreckten Polyprotein initial vorhandenen GFP Strukturen zusammengebrochen waren. Als Kriterium wurde dafür ein signifikant höhere Abrisskraft in den Kraftkurven herangezogen (vgl. Abb. 1.4). Aus dem Datensatz ist eine kollektive Statistik der Bruchkräfte aller beobachteten Ereignisse für jede Belastungsrichtung angefertigt worden. Abb. 5.1 zeigt die so erhaltenen Bruchkraftverteilungen für die acht untersuchten Belastungsrichtungen. Zusätzlich ist die Bruchkraftverteilung für das dominante Bruchereignis bei N-C terminaler Kraftbelastung des GFP angegeben (vgl. Anhang B). Die Bruchkraftverteilung für die Richtung (3,212) wurde bereits im vorigen Kapitel vorgestellt und enthält sowohl die partiellen als auch die vollständigen Bruchereignisse. Ein überraschendes Resultat in Abb. 5.1 ist eine enorme Bandbreite an Bruchkräften. In der mechanisch stabilsten Richtung (6,221) treten Bruchkräfte bis zu 750 pN auf, während in der labilsten Richtung (3,212) die meisten Bruchereignisse bei 100 pN stattfinden. 750 pN ist die höchste bisher beobachtete Bruchkraft für eine durch schwache, nicht-kovalente Wechselwirkungen stabilisierte molekulare Struktur. Dieser Wert ist nur noch halb so groß wie die 1.5 nN, die für den Bruch einer kovalenten Bindung in etwa aufgewendet werden müssen [40]. Die Bruchkraftverteilungen zeigen zudem eine große Variation in der Schwankungsbreite um ihr Maximum. Der Zusammenbruch der (3,212) belasteten GFP Struktur wird für einen engen Kraftbereich von etwa 30 pN um die mittlere Bruchkraft beobachtet,
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