dc.contributor.advisor | Samwer, Konrad Prof. Dr. | de |
dc.contributor.author | Schneider, Robert | de |
dc.date.accessioned | 2009-08-10T12:10:50Z | de |
dc.date.accessioned | 2013-01-18T13:29:12Z | de |
dc.date.available | 2013-01-30T23:51:07Z | de |
dc.date.issued | 2009-08-10 | de |
dc.identifier.uri | http://hdl.handle.net/11858/00-1735-0000-0006-B675-E | de |
dc.identifier.uri | http://dx.doi.org/10.53846/goediss-2601 | |
dc.description.abstract | Die vorliegende Arbeit beschreibt Untersuchungen von
atomarer Struktur und molekularer Dynamik von
Biomolekülen in fester Phase mittels kernmagnetischer
Resonanzspektroskopie. An einem kleinen Modellsystem
wurde eine Methode zur Messung lokaler molekularer
Mobilität entwickelt, die auf
(13C,13C)-Doppelquantenspektroskopie basiert. Diese
Methode wurde auf das 76-Reste-Protein Ubiquitin
angewendet. Mit den Ergebnissen dieser Messungen sowie
einer automatisierten Strukturrechnung konnte gezeigt
werden, dass präparationsabhängige Änderungen in den
chemischen Verschiebungen dieses Proteins vorwiegend in
Regionen auftreten, in denen sich Konformation oder
Dynamik zwischen den Probenpräparationen unterscheiden.
Weiterhin wurde der Kalium-Ionenkanal KcsA-Kv1.3 in
einer Lipidmembranumgebung spektroskopisch untersucht.
Für 59% der Aminosäurereste dieses Proteins konnten
Resonanzen zugeordnet werden. Es zeigte sich, dass die
Sekundärstruktur im Transmembranbereich dieses Kanals
derjenigen des nahe verwandten Proteins KcsA sehr
ähnlich ist. Im Vergleich zu KcsA-Präparationen in
Micellen wurden jedoch Unterschiede gefunden, was den
Einfluss der Membranumgebung auf das Protein
verdeutlicht. Die Vorgänge der Aktivierung und
Inaktivierung dieses Ionenkanals sowie ihre
Abhängigkeit von pH-Wert und Kaliumkonzentration wurden
untersucht, wobei auf elektrophysiologische Experimente
zur Funktion des Kanals Bezug genommen wurde. Bei
saurem pH zeigten die spektroskopischen Daten eine
offen-inaktivierte Konformation von KcsA-Kv1.3. In
diesem Zustand liegen die inneren Transmembran-Helices
gekrümmt vor, wodurch das Aktivierungs-Gate geöffnet
wird, und der Selektivitätsfilter nimmt eine
nichtleitende Konformation ein, was einem geschlossenen
Inaktivierungs-Gate entspricht. Es wurde gezeigt, dass
der offen-inaktivierte Zustand von KcsA-Kv1.3 mit der
Protonierung bestimmter Glutamat-Reste korreliert ist
und außerdem stark von der Kaliumkonzentration abhängt.
Kalium beeinflusst die Konformation sowohl des
Aktivierungs- als auch des Inaktivierungs-Gate über
seine Bindung an den Selektivitätsfilter. Dieser
Mechanismus koppelt die beiden Proteinbereiche und
ermöglicht koordinierte Konformationsänderungen zum
Öffnen und Schließen des Kanals. Schließlich wurden
krankheitsrelevante fibrilläre Aggregate aus
Polyglutamin-Peptiden strukturell untersucht. Die
experimentellen Daten sprechen gegen eine
wassergefüllte, beta-helikale Struktur und lassen sich
durch antiparallele, übereinander angeordnete
Beta-Faltblätter mit eng verzahnten, durch
Wasserstoffbrücken verbundenen Seitenketten
erklären. | de |
dc.format.mimetype | application/pdf | de |
dc.language.iso | eng | de |
dc.rights.uri | http://creativecommons.org/licenses/by-nd/2.0/de/ | de |
dc.title | Crystalline, membrane-embedded, and fibrillar proteins investigated by solid-state NMR spectroscopy | de |
dc.type | doctoralThesis | de |
dc.title.translated | Untersuchung kristalliner, membranständiger und fibrillärer Proteine mittels Festkörper-NMR-Spektroskopie | de |
dc.contributor.referee | Griesinger, Christian Prof. Dr. | de |
dc.date.examination | 2009-01-30 | de |
dc.subject.dnb | 500 Naturwissenschaften allgemein | de |
dc.description.abstracteng | This thesis describes research on atomic structure
and molecular dynamics of biomolecules in the solid
phase using solid-state nuclear magnetic resonance
spectroscopy. A method for detecting residue-specific
mobility using double-quantum (13C,13C) spectroscopy
was developed on a small model system and applied to
the 76-residue protein ubiquitin. Together with a
structure calculation employing an automated algorithm,
results allowed to relate preparation-dependent
chemical-shift changes in this protein to local
differences in mobility or conformation. Work on the
potassium channel KcsA-Kv1.3 in lipid bilayers led to
resonance assignments for 59% of its residues.
Secondary structure of its pore domain was found to
closely resemble that of the parent KcsA channel, but
differences became apparent with respect to KcsA
preparations in micelles, highlighting the influence of
the membrane environment. In close reference to
functional experiments, activation and inactivation
gating in KcsA-Kv1.3 and their dependence on pH and
potassium concentration were investigated. At acidic
pH, KcsA-Kv1.3 was found to reside in an
open-inactivated conformation. It is characterized by
bent inner transmembrane helices, corresponding to an
opened activation gate, and by a nonconductive
selectivity filter conformation, i.e. a closed
inactivation gate. The open-inactivated state of
KcsA-Kv1.3 was demonstrated to be correlated with
protonation of specific glutamate residues. It is also
strongly influenced by the potassium concentration.
Potassium affects the conformation of both activation
and inactivation gates via binding to the selectivity
filter, providing a mechanism for gate coupling and
coordinated gating transitions. Finally, fibrillar
aggregates formed by disease-relevant polyglutamine
peptides were investigated structurally. Experimental
data argue against water-filled beta-helical models and
are best explained by an antiparallel, superpleated
cross-beta structure with a polar zipper arrangement of
tightly interdigitated, hydrogen-bonded sidechains. | de |
dc.subject.topic | Mathematics and Computer Science | de |
dc.subject.ger | NMR | de |
dc.subject.ger | Festkörper | de |
dc.subject.ger | MAS | de |
dc.subject.ger | Proteinstruktur | de |
dc.subject.ger | Membranprotein | de |
dc.subject.ger | Proteinaggregate | de |
dc.subject.ger | KcsA | de |
dc.subject.ger | Polyglutamin | de |
dc.subject.eng | NMR | de |
dc.subject.eng | solid state | de |
dc.subject.eng | MAS | de |
dc.subject.eng | protein structure | de |
dc.subject.eng | membrane protein | de |
dc.subject.eng | protein aggregates | de |
dc.subject.eng | KcsA | de |
dc.subject.eng | polyglutamine | de |
dc.subject.bk | 42.12 | de |
dc.subject.bk | 35.25 | de |
dc.subject.bk | 35.62 | de |
dc.identifier.urn | urn:nbn:de:gbv:7-webdoc-2192-4 | de |
dc.identifier.purl | webdoc-2192 | de |
dc.affiliation.institute | Fakultät für Physik | de |
dc.subject.gokfull | RRA 300: Kernmagnetische Resonanz NMR- {Physik: Hochfrequenzspektroskopie} | de |
dc.subject.gokfull | SXL 000: Aminosäuren | de |
dc.subject.gokfull | Peptide | de |
dc.subject.gokfull | Eiweißkörper {Biochemie} | de |
dc.subject.gokfull | WC 000: Biophysik | de |
dc.identifier.ppn | 610598724 | de |