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Wie wachsen Proteinkristalle?

01. März 2018

Forscher der Außenstelle des Jülich Centre for Neutron Science (JCNS) am Heinz Maier-Leibnitz Zentrum (MLZ) in Garching haben in einem Experiment am Institut Laue-Langevin (ILL) im französischen Grenoble die Kristallisation des Proteins Lysozym untersucht und sehr detailgetreu beschrieben. Die Erkenntnisse können dabei helfen, die Kristallisationsbedingungen für andere Proteine zu verbessern, um aus ihnen ausreichend große Kristalle für Untersuchungen mittels Neutronenproteindiffraktion züchten zu können. Um mit dieser Methode eine atomare Auflösung zu erzielen, werden besonders große Kristalle benötigt; oft scheitern die Untersuchungen aus Mangel daran. Die Forscher konzentrierten sich deshalb bei ihren Untersuchungen auf Bedingungen, bei denen besonders große Kristalle entstehen, die für die hochaufgelöste Neutronendiffraktion ausreichen würden.

2018_03_01_Lysozymwachstum-BildSchematische Darstellung der verschiedenen Stadien der Kristallisation von Lysozym. Lysozym-Moleküle schwimmen als Dimere in der Lösung, illustriert durch zwei Kreise mit einem roten Verbindungsstrich. Verästelte Fraktale (schwarze Kreise verbunden durch dicke schwarze Striche) koexistieren mit den wachsenden Kristallen (graue kubische Objekte). Im Hintergrund sieht man ein Foto von Lysozymkristallen vor einem Millimeterpapier.
Copyright: Forschungszentrum Jülich

Die Untersuchungen der Kristallisation von Lysozym ergaben, dass Fraktale eine große Rolle beim Kristallwachstum spielen. Lysozym-Fraktale sind Objekte aus einzelnen Lysozym-Molekülen, die selbst bei unendlicher Vergrößerung immer in derselben Struktur angeordnet sind. Die Lysozym-Moleküle formen zunächst lange gerade Ketten. In einem späteren Kristallisationsstadium verästeln sich die Ketten immer mehr und bilden ein selbstähnliches dreidimensionales Objekt. Diese Objekte wachsen weiter und bilden schließlich erste Kristallkeime. Später werden Lysozym-Fraktale dann auch als Ganzes in die wachsenden Kristalle eingebaut. Bisher hatten Wissenschaftler die spezielle Rolle der Fraktale nur mit Lichtstreuung untersucht. Den Jülicher Forschern gelang dies jetzt mit Hilfe der Neutronenstreuung an der Kleinwinkelstreuanlage D11 des ILL sowie mit Röntgenstreuung. Zuvor hatten sie den Experimentaufbau an der Kleinwinkelstreuanlage KWS-2 am MLZ getestet.

Originalveröffentlichung:

Crossover from a Linear to a Branched Growth Regime in the Crystallization of Lysozyme
R. J. Heigl, M. Longo, J. Stellbrink, A. Radulescu, R. Schweins, and T. E. Schrader
Crystal Growth & Design, January 23, 2018
DOI: 10.1021/acs.cgd.7b01433

Weitere Informationen:

Informationen zur Kleinwinkelstreuanlage KWS-2 am MLZ

Institut Laue-Langevin (ILL)


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