Man braucht einen Neutronenstrahl, um ein Proton zu finden

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Das Verständnis des Verhaltens von Proteinen und Enzymen ist der Schlüssel zur Entschlüsselung der Geheimnisse biologischer Prozesse.

Die atomaren Strukturen von Proteinen werden in der Regel mit Hilfe der Röntgenkristallographie untersucht; die genaue Information für Wasserstoffatome und Protonen (Wasserstoffionen) ist jedoch meist unerreichbar.

Jetzt hat ein Team, zu dem die Universität Osaka, die Medizinische Hochschule Osaka, die Nationalen Institute für Quanten- und Radiowissenschaften und -technologie, die Ibaraki-Universität und die Universität Tsukuba gehören, Neutronenkristallographie eingesetzt, um hochauflösende Strukturdetails eines sehr großen Oxidase-Proteins aufzudecken.

Ihre Ergebnisse werden in PNAS veröffentlicht.Die Wasserstoffatome und Protonen, die etwa die Hälfte der Atome in Proteinen und Enzymen ausmachen, spielen bei den Aufgaben, die diese Biomoleküle erfüllen, oft eine entscheidende Rolle; ihre genaue Position ist jedoch aufgrund ihrer geringen Größe schwer zu bestimmen.

Der gebräuchlichste Ansatz zur Aufklärung der Struktur eines Proteins besteht darin, einen Strahl hochenergetischer Röntgenstrahlung auf einen Proteinkristall zu richten und das Beugungsmuster zu analysieren, das sich aus den Wechselwirkungen der Röntgenstrahlung mit den Elektronen der Atome in der Struktur ergibt.

Leider interagieren Röntgenstrahlen nicht stark mit Wasserstoffatomen oder Protonen, die eine geringe oder keine Elektronendichte haben, so dass sie nur schwer “gesehen” werden können.Eine Lösung besteht darin, anstelle von Röntgenstrahlen einen Neutronenstrahl auf den Kristall aufzubringen.

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Neutronen interagieren mit den Kernen der Atome auf ihrem Weg, einschließlich denen von Wasserstoffatomen und Protonen, obwohl diese klein sind.

Die aus diesen Wechselwirkungen resultierenden Beugungsmuster werden nach dem Durchgang des Neutronenstrahls durch den Kristall aufgezeichnet und in die genauen Orte der Kerne, einschließlich der Wasserstoffkerne, dekodiert.”Wasserstoffatome und Protonen sind besonders interessante Komponenten von Enzymstrukturen, weil sie ein Quantenverhalten zeigen können, das sich kürzlich als entscheidend für die Enzymfunktion erwiesen hat.

Es ist daher wichtig, ihre Positionen im Protein genau zu bestimmen….

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