title: NMR-Spektroskopische Untersuchungen der Struktur und Dynamik zweier Modellpeptide
Creators: name: Weißheit, Susann
Publisher: name: UNSPECIFIED
Year: 2025

description: Die hohe Dynamik von Biomakromolekülen und ihrer Solvathülle sind miteinander gekoppelt und stehen in direktem Zusammenhang mit ihrer Funktion. Diese Arbeit untersucht den Einfluss makromolekularer Enge (Crowding) auf die Dynamik eines Elastin-ähnlichen Peptids (ELP) und die Dynamik der Solvathülle eines Heptapeptids. Um die molekularen Bewegungen in einem weiten Zeit- und Längenbereich zu erfassen, wurden komplementäre Messmethoden kombiniert.

Die Synthese des ELPs, GVG(VPGVG)_3, mittels Festphasenpeptidsynthese bildete die Grundlage für eine umfassende Untersuchung seiner strukturellen und dynamischen Eigenschaften. Die erwartete Strukturierung der Aminosäurekette mit steigender Temperatur aufgrund des inversen Temperaturübergangs (ITT) als besondere Eigenschaft der von Elastin abgeleiteten Peptide konnte in FT-IR-Spektren gezeigt werden. Die in Gegenwart des Crowders Ficoll beobachteten destabilisierenden Effekte auf Sekundärstrukturelemente des ELPs bestätigen, dass Ficoll einen über den Volumenausschluss hinausgehenden einen Einfluss auf Struktur und Dynamik hat. Die mittels NMR-Spektroskopie gemessenen 1H- und 13C-T1-Relaxationszeitkonstanten konnten durch erfolgreiche Zuordnung der NMR-Signale auch sequenzaufgelöst analysiert werden. Es wurde eine durch Temperatur dominierte Dynamik des ELPs und Unterschiede entlang der Aminosäurekette beobachtet. Die mittels Kleinwinkel-Neutronenstreuung (SANS) bestimmte und durch den Gyrationsradius beschriebene Größe des Peptids deutet auf eine temperatur- und konzentrationsabhängige Aggregation hin. Die Kombination von hochauflösender und statischer Feldgradienten-NMR-Spektroskopie wurde zur Messung der translatorischen Diffusion eingesetzt. Es wurde beobachtet, dass die Wasserviskosität die temperaturabhängige Diffusion dominiert, während kein Einfluss von Aggregationseffekten beobachtet wurde. Unter Berücksichtigung der Ergebnisse der NMR- und SANS-Messungen und der unterschiedlichen Prinzipien der verwendeten Messmethoden wurde schließlich ein hochdynamischer Aggregationsmechanismus auf der Basis schwacher Wechselwirkungen vorgeschlagen, der eine nahezu freie Diffusion des Peptids ermöglicht und erst bei hohen Konzentrationen verlangsamt wird. Diese Erkenntnisse tragen zum Verständnis des Diffusionsverhaltens intrinsisch ungeordneter Peptide (IDPs) bei. 

Im zweiten Teil wurde die Dynamik der Solvathülle eines Heptapeptids untersucht. Die Triplett-Solvationsdynamik (TSD) wurde erstmals auf ein Biomolekül angewendet. Indol, als funktionelle Gruppe des Tryptophans, diente als TSD-Sonde. Die Methode ermöglichte die Beobachtung der Millisekunden-Dynamik der Solvathülle bei tiefen Temperaturen. Die Dynamik des gebundenen Lösungsmittels war im Vergleich zum Bulk-Wasser stark verzögert. Die Ergebnisse zeigen, dass TSD geeignet ist, lokale Dynamiken in Biomolekülen zu untersuchen und Relaxationsprozesse in der Solvathülle zu analysieren. Diese Arbeit liefert neue Einblicke in die Dynamik von ELPs und Solvathüllen, die für biophysikalische und biomedizinische Anwendungen von Bedeutung sind.