Verbund: Bio-XPCS; Protein-Dynamik

Abstract

Das Ziel dieses Projekts war es, eine neue Einrichtung an der Strahllinie P10, PETRA III des DESY zu konstruieren und in Betrieb zu nehmen, die es ermöglicht, die Dynamik in biologischen Systemen mithilfe der Röntgenphotonen-Korrelationsspektroskopie (XPCS) zu untersuchen. Die Dynamik in konzentrierten Proteinsystemen ist von grundlegendem Interesse in Bereichen wie Proteinkristallisation, Phasentrennung, Glasübergang oder Diffusion in dichten Lösungen, um nur einige zu nennen. All diese Systeme zeigen relativ langsame und heterogene Dynamiken im Bereich von Mikrosekunden bis Sekunden, die auf Längenskalen von Mikrometern (USAXS) bis hin zum Einzelpartikelniveau auf Nanometer-Längenskalen gemessen werden müssen. Die dynamische Lichtstreuung ist hier aufgrund ihrer räumlichen Auflösung und der Absorption der Proben begrenzt. XPCS ist gut geeignet, um diesen Längenmaßstab und Zeitbereich zu erfassen, indem kohärente Röntgenstrahlen verwendet werden und Fluktuationen in den Röntgenspeckle-Mustern verfolgt werden. Die im Rahmen des Projektes aufgebaute Instrumentierung wurde genutzt, um wissenschaftliche Fragestellungen im Bereich der langsamen Proteindynamik zu untersuchen. Dazu gehört die Untersuchung der Kinetik und Dynamik in IgG-PEG Lösungen während der Phasenseparation, in der das Einfrieren der Proteindynamik im Zuge der Phasenseparation beobachtet und quantifiziert werden konnte. Ebenso wurde die Dynamik der Netzwerkbildung in gelierenden Eiweißproben untersucht. Hier konnten wir erstmals die Fluktuationen des Gelierungsprozesses nachweisen und die Eigenschaften der Dynamik und der Netzwerkbildung untersuchen. Desweiteren wurde die Dynamik einer druckinduzierten Phasenseparation in Wasser-Lysozym Mischungen untersucht und die Gelierungsdynamik vermessen.

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