Mechanische Anisotropie von Proteinen in ...

Kapitel 8
Ausblick
In dieser Arbeit wurde mit der Kombination aus AFM-Kraftspektroskopie mit Cysteine
Engineering erstmals eine Technik zur Untersuchung der mechanischen Eigenschaften von
Proteinen in verschiedenen Bereichen ihrer funktionalen Raumstruktur vorgestellt. Das topologisch
komplexe Grün Fluoreszierende Protein ist mit dieser Technik eingehend untersucht
worden. Die in dieser Arbeit beschriebenen Experimente und Techniken eröffnen nun
neue, vielversprechende Möglichkeiten für die Proteinphysik. Einige dieser Möglichkeiten
werden an dieser Stelle daher näher diskutiert.
8.1 Wie stabil sind Sekundärstrukturelemente?
Für das Verständnis eines komplexen Systems wie der funktionalen Raumstruktur eines
Proteins ist es notwendig, die Eigenschaften der elementaren Bausteine des Systems zu
kennen. Elementare Bausteine von Proteinstrukturen sind Sekundärstrukturelemente wie
α-Helizes, Loops und β-Stränge [3]. Mit der in dieser Arbeit eingeführten Kombination
aus Cysteine Engineering und Einzelmolekül-Kraftspektroskopie wird es in der Zukunft
möglich sein, eine Ebene tiefer zu gehen und direkt die mechanischen Eigenschaften von
einzelnen Sekundärstrukturelementen zu untersuchen. Von Interesse wäre beispielsweise,
wie unterschiedlich fest verschiedene Sekundärstrukturelemente in einer Proteinstruktur
verankert sind und damit deren Eigenschaften bestimmen. Die Beantwortung von kinetischen
Fragestellungen, wie schnell z.B ein gezielt abgelöster β-Strang wieder in die Reststruktur
zurückfaltet oder ob die Reststruktur eines Proteins nach einer solchen Störung
autark stabil bleibt, würde zu einem tieferen Verständnis des Faltungsprozesses von Proteinen
beitragen. Die Kombination aus AFM-Kraftspektroskopie mit Cysteine Engineering
ermöglicht nun den Zugang zu solchen Fragestellungen.
Eine Untersuchung von Sekundärstrukturelementen ist nur im Kontext einer ganzen
Proteinstruktur möglich und stellt eine große technische Herausforderung dar. Sekundarstrukturelemente
bestehen aus nur wenigen Aminosäuren. Konformationsübergänge haben
damit nur minimale, kaum detektierbare Längenänderungen im Bereich weniger Ångström
zur Folge. Die Amplifikation der mechanischen Signatur einzelner Sekundärstrukturelemente