Kraftinduzierte Sekundärstrukturänderungen in einzelnen Molekülen

In dieser Arbeit wurde die in den letzten Jahren entwickelte
Technik der auf dem Kraftmikroskop basierenden
Einzelmolekül-Kraftspektroskopie auf zwei spezielle Systeme
angewendet: Poly(ethylen Glycol) (PEG) und das Membranprotein
Bakteriorhodopsin. Im Vordergrund stand dabei die Analyse der
mechanischen Stabilität von Sekundärstrukturen. PEG ist aufgrund
seiner ungewöhnlich hohen Wasserlöslichkeit eines der wichtigsten
Polymere mit einer Vielzahl von technischen Anwendungen. Es wurden
Messungen zur Elastizität einzelner PEG in Abhängigkeit des
Lösungsmittels durchgeführt. Mit diesen Messungen konnte der genaue
molekulare Mechanismus nachvollzogen werden, der zu der hohen
Wasserlöslichkeit führt. Zudem konnte gezeigt werden, wie mit einem
einfachen Modell neben Konformationsänderungen auch
Konformationsenergien des Polymers quantitativ bestimmt werden
können. Die Kraftspektroskopie als Instrument zur Untersuchung von
mechanisch induzierten Strukturänderungen, z.B. der
Proteinentfaltung, wurde bisher immer nur auf polymere Strukturen
angewendet. Ziel der Messungen an Bakteriorhodopsin war es zu
zeigen, dass sich diese Technik auch auf Moleküle anwenden lässt,
die nicht aus sich wiederholenden Einheiten aufgebaut sind. Es
konnte der genaue Entfaltungsweg von Bakteriorhodopsin mit all
seinen stabilen Zwischenstrukturen bestimmt werden. Mechanismen der
Stabilisierung wie die Nachbarschaft von Helices, hydrophobe
Wechselwirkung und der Einfluss räumlicher Einschränkung konnten
dabei in ihren Auswirkungen auf die Stabilität der Proteinstruktur
beobachtet werden.