Techniklexikon

Strukturaufklärung von Biomakromolekülen

Biophysik, Konzept zur theoretischen Beschreibung und experimentellen Bestimmung der makromolekularen Struktur von Biomakromolekülen und deren Komplexe. Die biologische Funktion dieser Moleküle ist eng an ihre Struktureigenschaften gekoppelt. Deshalb ist die Aufklärung der Struktur der wesentliche Schritt, biologische Erscheinungen auf dem molekularen Niveau mit bekannten physikalischen Einsichten zu verbinden.

Ausgehend von einer hierarchischen Strukturbeschreibung (Biomakromolekül, Konformation) bestimmt man geeignete experimentelle Techniken zur Messung der Strukturparameter. Methoden aus der Hydrodynamik (Elektrophorese, Ultrazentrifugierung), die Elektronenmikroskopie (Elektronenmikroskop) und die Röntgenkleinwinkelstreuung erlauben es, integrale Formeigenschaften des Biomakromoleküls zu bestimmen. Mit der Mikrokalorimetrie kann der Energieunterschied zwischen Konformationszuständen gemessen werden. Die Mikrogravimetrie, die Absorptionsspektroskopie sowie Ultraschalluntersuchungen von wässrigen Lösungen helfen bei der Aufklärung des energetischen Effektes der Hydratation und der Struktur der Hydrathülle von Biomakromolekülen. Biomolekulare spektroskopische Techniken unterstützen die Analyse lokaler Struktureigenschaften im Bereich weniger Monomere (CD-Spektroskopie, Fluoreszenzspektroskopie, Mössbauer-Spektroskopie, ESR-Spektroskopie, UV-Spektroskopie, Absorptionsspektroskopie). Die grössten Erfolge bei der Strukturaufklärung von Biomakromolekülen wurden mit der Kristallstrukturanalyse (Röntgenstrukturanalyse, Neutronenstreuung) bzw. mit hochauflösender NMR-Spektroskopie erreicht. Hiermit kann man die mittleren Atomkoordinaten aller Atome von nicht zu grossen Biomakromolekülen (Grössenordnung 1000 Monomere) mit stabiler Tertiärstruktur bestimmen.