Sticky triangles: New tools for experimental phasing of biological macromolecules

Abstract

Die Röntgenkristallographie ist die Hauptmethode zur Aufklärung von dreidimensionalen Molekülstrukturen. Sie ermöglicht die Strukturbestimmung von biologischen Makromolekülen, z.B. von Proteinen oder Nukleinsäuren. Die Bestimmung von neuen makromolekularen Strukturen wird durch das kristallographische Phasenproblem erschwert. Nur die Intensität nicht aber der Phasenwinkel der Reflexe kann im Diffraktionsexperiment gemessen werden. Eine Technik, um dieses Phasenproblem zu lösen, ist die experimentelle Phasierung; hierfür müssen normalerweise Schweratome in den Proteinkristall eingebracht werden. Die konventionelle Derivatisierung mit Schwermetallsalzen leidet oft unter nichtspezifischer Bindung; dies resultiert in einer niedrigen Besetzung der Schweratompositionen, oder die Derivatisierung kann komplett fehlschlagen. In dieser Arbeit wurde eine neue Klasse von Verbindungen entwickelt, die Schweratome zur experimentellen Phasierung mit funktionellen Gruppen für die Wechselwirkung mit biologischen Makromolekülen kombiniert. Die Leitstruktur basiert auf einem Benzolring, der ein starres Gerüst darstellt. Der Ring ist substituiert mit drei funktionellen Gruppen und drei Schweratomen, Iod bzw. Brom. Die drei funktionellen Gruppen, z.B. Carboxyl- oder Aminogruppen, aber auch Hydroxyl- oder Methoxygruppen, können mit dem Protein wechselwirken. Daher zeigen die neuen Verbindungen verglichen mit traditionellen Schweratomverbindungen verbesserte Bindungseigenschaften. Die drei Halogenatome zeigen ein starkes anomales Signal und können für die experimentelle Phasierung benutzt werden. Da die Halogenatome ein gleichseitiges Dreieck bilden, wird das Erkennen einer korrekten Lösung erleichert. Bisher konnten mehrere neue Proteinstrukturen mit der Ioddreiecksverbindung gelöst werden. Die 'sticky' Verbindungen dieser Arbeit sind generell verfügbar und einfach in der Handhabung.