Proteinstrukturermittlung in Lösung mittels kernmagnetischer Resonanzspektroskopie

Die Kenntnis der molekularen Strukturen von biologischen Makromolekülen, insbesondere von Proteinen und Nukleinsäuren, hat in der biologischen Forschung einen wichtigen Stellenwert. Sie bildet naturgemäß einen Teil der Grundlagen für jede Art von Untersuchung über die Zusammenhänge zwischen Struktur und Funktion. In neuester Zeit haben strukturelle Daten über natürlich vorkommende Proteine vor allem auch als Ausgangspunkt für die gentechnologische oder chemische Herstellung von neuen oder verbesserten Proteinen weiter erhöhte Bedeutung erlangt. Vom technischen Gesichtspunkt aus ist vor allem der große Aufschwung der computerunterstützten Modelluntersuchungen über Struktur und Funktion von Proteinen zu erwähnen, die natürlich auch immer von den experimentell ermittelten strukturellen Daten ausgehen müssen. Seit rund dreißig Jahren sind dreidimensionale makromolekulare Strukturen der Untersuchung durch Röntgendiffraktionsmessungen an Einkristallen zugänglich. Die Röntgenkristallographie hat sich einerseits mit Erfolg immer größeren Systemen zugewandt und insbesondere auch mit Strukturermittlungen an Membranproteinen und multimolekularen Protein‐Nukleinsäurekomplexen schöne Erfolge erzielt. Andererseits bleibt vor allem bei kleineren Biopolymeren immer die Frage nach der Relevanz der Kristallstrukturen im Hinblick auf die funktionellen Eigenschaften im physiologischen Milieu offen, und viele Verbindungen lassen sich nicht in für Röntgenstudien geeigneter kristalliner Form erhalten. Die Kombination von magnetischen Kernresonanzmessungen (NMR) mit speziellen mathematischen Verfahren zur strukturellen Auswertung der NMR‐Daten ermöglicht es nun erstmals, die dreidimensionale Struktur von biologischen Makromolekülen in Lösung zu ermitteln. Damit ist eine wichtige Lücke in der Methodik, die der biochemischen und molekularbiologischen Forschung zur Verfügung steht, geschlossen worden. In diesem Aufsatz wird die NMR‐Methode zur Strukturermittlung an Proteinen kurz vorgestellt, und es werden einige erste Ergebnisse beschrieben. (Anmerkung der Redaktion: Eine Einführung in die Grundprinzipien der Kernmagnetischen Resonanzspektroskopie [NMR‐Spektroskopie], insbesondere auch der Zweidimensionalen NMR‐Spektroskopie, findet der Leser in Phys. Bl. 42 (1986) Nr. 7, S. 225‐233 [Autor: K. H. Hausser], bzw. in Phys. Bl. 43 (1987) Nr. 7, S. 233‐239 [Autor: W. Spiess]. Abb. 5, 7‐9 sind Stereobilder.)