Das Forschungszentrum Jülich - d-nb, Archivserver DEPOSIT.D-NB ...

Sonden entwickelt, um Amyloid-Ablagerungen im lebenden Gehirn zu detektieren. Neben diesem
diagnostischen Ansatz werden auch Möglichkeiten zur gezielten Manipulation der Amyloid-Ablagerung
untersucht. Langfristig können die Erkenntnisse auch dazu dienen, neue Wege zu weisen für die
technische Lösung von Problemen der Informationsverarbeitung unter Verwendung biologischer
Bauelemente ("Biosensoren") oder Funktionsprinzipien ("Molekulares Erkennen").
Die Funktionsweise von Proteinen auf der Basis ihrer Struktur und Dynamik zu verstehen, ist das Ziel
der Arbeiten am Teilinstitut "Biologische Strukturforschung" (IBI-2). Die Untersuchungsmethoden
sind die Kristallstrukturanalyse, die mehrdimensionale NMR und die zeitaufgelöste Infrarot- und
Ramanspektroskopie. Ein Schwerpunkt liegt auf dem Gebiet der Membranproteine (Rezeptoren), die
den Stoff- und Signaltransport über Membranen bewerkstelligen. Bacteriorhodopsin, eine
lichtgetriebene Protonenpumpe, steht beispielhaft für diese Bemühungen. Hochaufgelöste
Kristallstrukturen wurden nicht nur für den Grundzustand, sondern auch für das aktive Protein
ermittelt. Mit der zeitaufgelösten Infrarotspektroskopie wird der Weg des Protons durch das
Bacteriorhodopsin aus den Schwingungsbanden verschiedener Aminosäure-Gruppen sichtbar. Mit
Hilfe der quasielastischen Neutronenstreuung konnten zufällige Bewegungen des Proteingerüsts
aufgezeigt werden, durch die für die Funktion wichtige Konformationsänderungen erst ermöglicht
werden. Es zeigte sich, dass Bacteriorhodopsin ein Modellsystem für viele (sieben -helikale)
Rezeptoren dieser Proteinfamilie ist. In einem weiteren Projekt wird die Signalübertragung von einem
bakteriellen sensorischen Rhodopsin auf das nächste Molekül in der Signalkette, dem Transducer, mit
atomarer Auflösung verfolgt werden. Neben vielen anderen Projekten wird das IBI-2 in Zukunft,
besonders in Zusammenarbeit mit IBI-1, Ionenkanäle untersuchen, die in vielen Systemen die
Umsetzung einer sensorischen Kaskade in ein elektrisches Signal bewirken.
Die Mechanismen der Signaltransduktion und der neuronalen Erregung beruhen in vielen Fällen auf
dem gegenseitigen Erkennen und der Wechselwirkung zwischen Proteinen und der Bildung
makromolekularer Signalkomplexe. Das langfristige Ziel besteht darin, die einzelnen Schritte der
Signaltransduktion und des Ionentransports am einzelnen Molekül als auch die Struktur und Dynamik
der Signalkomplexe zu verstehen. Die Übertragung des Signals von einem Molekül zum anderen ist
nur möglich, wenn die Moleküle sich treffen und aneinander binden. Die Herstellung und Kristallisation
solcher Signalkomplexe für die Strukturaufklärung ist einer der vorrangigsten Ziele des Instituts. Die
Kristallstruktur eines Proteins bzw. eines Signalkomplexes liefert nur einen Schnappschuss von den
komplizierten Prozessen, die in der Zelle ablaufen. Ein vollständiges Verstehen erfordert, dass man
die zellulären Prozesse zeitlich und räumlich verfolgen kann. Deshalb entwickelt das Institut
"bildgebende" Verfahren, um die Strukturänderungen vom Einzelmolekül über den Proteinkomplex bis
hin zur ganzen Zelle und Zellverbänden zu untersuchen. Es kommen insbesondere hochempfindliche
Fluoreszenz-Verfahren zum Einsatz.
Programmbeteiligung
� 33 - Funktion und Dysfunktion des Nervensystems
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