Schaukelbewegung in festen Proteinen untersucht mit Festkörper-NMR-Techniken

Das Ziel des Projekts ist eine vergleichende Untersuchung einer spezifischen Art von Molekulardynamik in festen Proteinproben, die eingeschränkte Gesamtproteinbewegung, d.h. Schaukelbewegung. Diese Art der Proteinmobilität wurde erst vor kurzem entdeckt und ihre Natur ist noch nicht ganz klar. Die Parameter der Schaukelbewegung, d.h. die Amplitude, die Korrelationszeit, die Breite der Korrelationszeitverteilung und die Aktivierungsenergie, werden experimentell mit Hilfe der 15N und 13C Relaxation (T1rho) und des Austauschs (dipolar und CSA CODEX) von Festkörper-NMR-Methoden bestimmt, die Mikrosekunden- bis Millisekundenbereiche von Molekularbewegungen abdecken. Die Experimente werden an zwei Proteinen, GB1 und thermophilem Proteasom, die sehr unterschiedliches Molekulargewicht haben, durchgeführt. Beide Proteine werden in Form von Mikrokristallen und amorphen Pulvern bei verschiedenen Hydratationsstufen untersucht. Thermophile Proteasome werden auch in Form von Sedimenten in einem unter magischem Winkel rotierende Rotor untersucht. Endlich hoffen wir, Antworten auf folgende Fragen zu finden: a) Wie unterschiedlich ist die Schaukelbewegung zwischen Proteinen unterschiedlicher Größe und Strukturmerkmale? b) Worin besteht der Unterschied zwischen der Schaukelbewegung desselben Proteins in kristallinen und amorphen Zuständen und in MAS-Sedimenten? c) Wie beeinflusst die Hydratationsschicht zwischen Proteinen die Parameter der Schaukelbewegung? d) Wie breit ist die Korrelationszeitverteilung der Schaukelbewegung?

Rocking motion in solid proteins as studied by solid-state NMR techniques

The aim of the project is a comparative study of a specific type of molecular dynamics in solid protein samples, overall restricted protein motion as a whole, that is rocking motion. This type of protein mobility was discovered only recently and its nature is still not fully clear. The parameters of the rocking motion, that is the amplitude, the correlation time, the width of the correlation time distribution and the activation energy, will be experimentally determined using the 15N and 13C relaxation (T1rho) and exchange (dipolar and CSA CODEX) solid-state NMR techniques that cover microsecond to millisecond ranges of molecular motions. The experiments will be conducted on two proteins, GB1 and thermophilic proteasome, having very different molecular weight. Both proteins will be studied in a form of microcrystals and amorphous powders at different hydration levels. Thermophilic proteasome will also be investigated in a form of sediment in a magic-angle-spinning rotor. Ultimately, we hope to find answers on the following questions: a) How different is the rocking motion between proteins of different size and structural features? b) What is the difference between the rocking motion of the same protein in crystalline and amorphous states and in MAS-sediments? c) How the hydration layer between proteins affects the parameters of the rocking motion? d) How wide is the correlation times distribution of the rocking motion?