Mechanische Anisotropie von Proteinen in ...

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,