Hochdruck NMR

Zusammenfassung (Deutsch)

Ziel der Arbeit waren hochauflösende NMR-Messungen an Biopolymeren bei Drücken bis 200 MPa. Dazu wurde ein vorhandenes Drucksystem an die Hochfeldgeräte adaptiert. Als wesentliche Verbesserung wurden Saphirdruckkapillaren eingeführt. Zur Beschreibung des Verhaltens von entfalteten Proteinen wurden die chemischen Verschiebungen der Protonenresonanzen von Tetrapeptiden vermessen. Neben der ...

Zusammenfassung (Deutsch)

Ziel der Arbeit waren hochauflösende NMR-Messungen an Biopolymeren bei Drücken bis 200 MPa. Dazu wurde ein vorhandenes Drucksystem an die Hochfeldgeräte adaptiert. Als wesentliche Verbesserung wurden Saphirdruckkapillaren eingeführt.
Zur Beschreibung des Verhaltens von entfalteten Proteinen wurden die chemischen Verschiebungen der Protonenresonanzen von Tetrapeptiden vermessen. Neben der Erstellung von Tabellen zu vergleichenden Untersuchungen des Druckverhaltens gefalteter Proteine, konnte der Einfluss von Druck auf das Puffersystem evaluiert werden.
Zur Beschreibung des Einflusses von Druck und Temperatur auf das Kälteschockprotein TmCsp wurden die chemischen Verschiebungen und Signalvolumina in zahlreichen 1H-15N-HSQC- und 2D-13C-HNCO-Spektren gemessen. Dabei wurde die sehr hohe Druckstabilität von TmCsp im Vergleich zu anderen Proteinen deutlich.
Bei einem Druck von 200 MPa wird der Gefrierpunkt des Wassers heruntergesetzt, sodass die Auswirkungen der reversiblen Tieftemperaturdenaturierung auf das Protein bis zu einer Temperatur von 255 K studiert werden konnten.
Bei Variation der Temperatur von 255 K bis 340 K konnten signifikante Unterschiede in der Temperatur maximaler Stabilität im Proteinrückgrat in Abhängigkeit der Sekundärstruktur nachgewiesen werden.
Durch das geringe Volumen der Hochdruckkapillaren ist die Messung von NOE-Kontakten zur Strukturbestimmung nur schwer möglich. Als Alternative wurden Restdipolkopplungen zur Bestimmung einer Hochdruckstruktur von TmCsp verwendet. Die Druckstabilität der zur Bestimmung der Restdipolkopplungen notwendigen Phospholipidmischung wurde nachgewiesen.

Übersetzung der Zusammenfassung (Englisch)

The thesis deals with high resolution NMR measurements of biopolymers under pressures up to 200 MPa. An existing high pressure system was adapted to the high field NMR spectrometers. One important improvement is the application of sapphire pressure cells. For the characterisation of unfolded proteins the 1H chemical shifts of tetrapeptides were measured. The tabulated results of these ...

Übersetzung der Zusammenfassung (Englisch)

The thesis deals with high resolution NMR measurements of biopolymers under pressures up to 200 MPa. An existing high pressure system was adapted to the high field NMR spectrometers. One important improvement is the application of sapphire pressure cells.
For the characterisation of unfolded proteins the 1H chemical shifts of tetrapeptides were measured. The tabulated results of these measurements are useful for comparisons of the pressure dependency of folded proteins. In addition the influence of pressure to the buffer system was studied.
Numerous 1H-15N-HSQC- and 2D-13C-HNCO-spectra were acquired to study the effects of pressure and temperature on chemical shifts and signal volumes of the cold shock protein TmCsp. These measurements show the high pressure stability of TmCsp compared to other proteins.
At a pressure of 200 MPa the freezing point of water is decreased. This made possible the study of the cold denaturation experiments at temperatures down to 255 K.
By varying the temperature from 255 K to 340 K significant dependencies of the temperature of maximum stability of the protein backbone to secondary structure could be determined.
Due to the limited sample volume of the high pressure capillaries it is difficult to locate NOE contacts for structure determination. Alternatively data of residual dipolar couplings were used for the solution of a structure at high pressure. The pressure stability of the phospholipids necessary for measurements of residual dipolar couplings was shown.

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