Änderungen von Konformationen

Proteine erlangen ihre volle biologische Wirksamkeit erst in einer dreidimensionalen Konformation der Moleküle. Dabei handelt es sich um eine spezifische Anordnung der Polypeptidkette im Raum und wird durch nicht-kovalente Bindungen fixiert, d.h. durch die Ausbildung von Wasserstoffbrückenbindungen zwischen den immer wiederkehrenden C=O Gruppen und den NH Gruppen der Peptidbindung. Die eigentliche Teilchengestalt, insbesondere die der helicalen Proteine, ergibt sich allerdings nicht allein aus den Wechselwirkungen zwischen den Peptidbindungen, sondern zusätzlich durch verschiedenartige und ebenfalls nichtkovalente Bindungen zwischen den Seitenketten des Makromoleküls.

Aufgrund der beschriebenen Bindungseigenschaften reichen relativ leichte äußere Einflüsse wie Wärme oder eine mechanische Belastung, um die Konformation der Proteinmoleküle und somit einige ihrer spezifischen Eigenschaften zu ändern, obwohl die Primärstruktur erhalten bleibt. Der Grad einer solchermassen herbeigeführten Protein-Denaturierung sowie die Inaktivierung der Enzyme ist von der Intensität der Konditionierung abhängig und führt zu Strukturänderungen, die ihrerseits z.B. die Viskositäten beeinflussen. Derartige Strukturänderungen können prinzipiell anhand der sich ebenfalls verändernden IR-Spektren nachgewiesen und sogar quantifiziert werden, indem man die Amid I Bande auswertet. Sie ist sensitiv für die Sekundärstruktur von Proteinen.

Ein einzelnes FTIR-Spektrometer kann jedoch nur stabile Zustände erfassen, die zuvor an anderer Stelle unter Scherung gebildet wurden. Die genauen Abläufe, zu denen alle Arten von nicht beständigen Strukturen zählen (z.B. Übergangsstrukturen und reversible Strukturen), können so nicht ermittelt werden. Hierbei bietet der RHEONAUT einen neuen Ansatz. Er ermöglicht nicht nur die in situ Erfassung von IR-Spektren während der rheologischen Belastung eines Proteins, vielmehr lassen sich synchrone Datensätze erzeugen. Zudem lässt sich mit Hilfe der in situ IR-Spektroskopie die Bildung multimerer Strukturen wie Aggregate oder Fibrillen in Echtzeit aufzeichnen. Auf diese Weise werden exakte Abläufe dargestellt, mit denen eindeutige und detaillierte Wirkungsbeziehungen beschrieben werden können.