Dissertation Martin Krause.pdf - KLUEDO - Universität Kaiserslautern
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I II III<br />
Abbildung 1.8: Schematische Darstellung des Prinzips der partiell gebundenen Zustände.<br />
Jede Wechselwirkung, die ausgebildet wird, birgt einen enthalpischen Vorteil, während die<br />
entsprechende konformationelle Einschränkung (z.B. Rotationsfreiheitsgrade) einen entropischen<br />
Nachteil bedeutet. Bei schwachen Wechselwirkungen äußert sich der Übergang von einem Zustand in<br />
den Nächsten entsprechend der Enthalpie-Entropie-Kompensation insgesamt nur unwesentlich in einer<br />
Änderung der freien Energie des Systems. Daher ist beim Vorhandensein von nur wenigen<br />
Wechselwirkungen der gebundene Zustand nur unwesentlich stabiler als der ungebundene Zustand.<br />
Durch die Einführung von multiblen Wechselwirkungen wird jedoch die Verteilung zugunsten von<br />
Komplexen mit einer größeren Zahl von gebundenen Zuständen und zu Ungunsten der<br />
konformationellen Freiheit verschoben. Daher spielen multible Wechselwirkungen und Kooperativität<br />
bei biologischen Systemen eine große Rolle, um Strukturen mit definierter Zusammensetzung<br />
aufzubauen.<br />
Alle oben aufgeführten Arten von Kooperativität haben eines gemeinsam: sie benötigen ein<br />
gewisses Maß an Flexibilität in den Rezeptoren, sei es, um eine allosterische Kommunikation<br />
zwischen Untereinheiten zu ermöglichen, oder durch Einschränkung dieser Flexibilität einen<br />
entropischen Gewinn für eine Folgebindung zu erzielen.<br />
1.5 Intra-Rezeptor Wechselwirkungen<br />
Williams und Mitarbeiter haben eine weitere Theorie formuliert, welche einen Erklärungsansatz<br />
liefert, wie biologische Systeme ihre Flexibilität in der Substratbindung gewinnbringend ausnutzen.<br />
Sie postulierten, dass die aus der Einschränkung der Dynamik eines Rezeptors resultierende<br />
Verstärkung intramolekularer Wechselwirkungen innerhalb der Rezeptorstruktur einen positiv<br />
kooperativen Energiegewinn für die Gastbindung liefert. 54,55,56<br />
Zur Validierung ihres Konzeptes untersuchten sie den Biotin-Streptavidin-Komplex. 57 Biotin<br />
bindet mit einer bemerkenswert hohen Stabilitätskonstante (K = 10 13,4 M -1 ) an das Streptavidin-<br />
Tetramer, wobei man berechnen kann, dass die Bindung 1000-mal stärker ist, als es für die Summe der<br />
Einzelbeträge der Bindungen zu erwarten wäre. Des Weiteren ist die Wechselwirkung bemerkenswert<br />
exotherm (∆H = -134 kJ/mol) und entropisch ungünstig (T∆S = -57 kJ/mol); daher kann man nicht von<br />
einer Kooperativität im Sinne des entropischen Chelateffekts sprechen.<br />
Um Änderungen in der Dynamik des Rezeptors nachzuweisen, wurden sowohl der Komplex<br />
als auch das freie Streptavidin über einen definierten Zeitraum mit D2O inkubiert. Anschließende<br />
massenspektrometrische Untersuchungen belegten, dass während dieser Zeit beim Komplex 22 Amid-<br />
NH-Protonen weniger gegen Deuterium ausgetauscht wurden, als im freien Protein. Dies weist darauf<br />
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