ICS Key Visual

Navigation und Service


Forschung

Struktur und Funktion von Metalloproteinen

Unsere Forschung beschäftigt sich mit Proteinen, die einen Übergangsmetall-Kofaktor für ihre katalytische Funktion benötigen. Mit strukturbiologischen, biochemischen und biophysikalischen Methoden versuchen wir einen Einblick in die molekularen Grundlagen des Lebens zu bekommen. Kofaktoren wie Metallionen oder -cluster im aktiven Zentrum von Proteinen ermöglicht diesen, anspruchsvolle chemische Reaktionen zu katalysieren unter Beibehaltung der für Enzyme typischen hohen Spezifität. Die Kombination der Reaktivität von Übergangsmetallen mit der hochselektiven Proteinumgebung macht das Gebiet der bioanorganischen Chemie besonders spannend.

Span Iron Sulfur

Der Fokus unserer Forschung liegt darin, die Rolle von Eisen-Schwefel-Proteinen in anspruchsvollen Biotransformationen zu verstehen. Eisen-Schwefel-Cluster gehören zu den ältesten und vielfältigsten anorganischen Kofaktoren in der Natur und sind an zahlreichen konservierten zellulären Prozessen beteiligt. Sie sind fähig, eine Vielzahl von Funktionen zu erfüllen; angefangen von Elektronentransfer bis hin zu Redox- und Nichtredoxkatalyse. Wir untersuchen die Struktur-Wirkungs-Beziehung von Eisen-Schwefel-Proteinen, die an der Biosynthese von Naturstoffen oder an essentiellen Stoffwechselprozessen beteiligt sind. Darüber hinaus versuchen wir, das Potential von künstlichen Biohybridsystemen basierend auf nativen Metalloproteinen zu erforschen und zu nutzen. Projekte in meiner Arbeitsgruppe sind sehr breit gefächert und decken den Bereich von DNA bis hin zur Proteinstruktur und -funktion ab.

Wenn ihr Interesse an einem Forschungspraktikum oder einer Bachelor-/Masterarbeit habt meldet euch per E-Mail an ingrid.span@uni-duesseldorf.de

Mehr zu bioanorganischer Chemie und Metalloproteinen könnt ihr auch in dem folgenden Podcast von Nature erfahren: Insight: Metalloproteins

Methoden

Proteinkristallographie
Die Aufklärung der dreidimensionalen Struktur eines Proteins in der biologisch aktiven Form trägt maßgeblich zur Untersuchung des Reaktionsmechanismus bei. Weiterhin erhält man aus der Kristallstruktur Informationen über die Kofaktoren und die Geometrie im aktiven Zentrum. Die Ermittlung der Struktur erfolgt mittels Röntgenbeugung am Synchrotron. Hierfür müssen zunächst Einkristalle aus möglichst reinen, homogenen Proteinproben gewonnen werden. In unserer Arbeitsgruppe werden alle Schritte von den ersten Kristallisationsversuchen über Datenmessung am Teilchenbeschleuniger und Prozessieren der Daten bis hin zur Erstellung des Modells durchgeführt.

Span Methoden 1


Charakterisierung der Kofaktoren
Über die Strukturbestimmung hinaus interessieren wir uns auch für die Charakterisierung von metallhaltigen Kofaktoren in Proteinen. Hierbei muss man bei der Arbeit mit Eisen-Schwefel-Proteinen unter Ausschluss von Sauerstoff arbeiten, da der Fe-S-Cluster durch Luftsauerstoff oxidiert wird und sich dabei zersetzt. Für diese Proteine benötigt man eine anaerobe Atmosphäre in einer Glovebox, um den Kofaktor vor dem Luftsauerstoff zu schützen. Eisen-Schwefel-Cluster und andere metallhaltige Kofaktoren weisen Signale im sichtbaren Bereich des UV/VIS Spektrums auf. Deshalb eignet sich Elektronenabsorptionsspektroskopie zur Identifizierung und Charakterisierung dieser Proteine. Der Metallgehalt der Proteine kann durch Massenspektrometrie mit induktiv gekoppeltem Plasma bestimmt werden und gibt auch Hinweise auf die Anzahl an gebundenen Metalle.

Span Methods 2


Molekularbiologische und biochemische Arbeitsmethoden
Unser Spektrum an Arbeitsmethoden reicht vom Gen zur Struktur und Funktion. Molekularbiologische Methoden werden für die Klonierung verschiedener Expressionskonstrukte oder zur Einführung von Mutationen in das gewünschte Gen verwendet. Die Generierung verschiedener Varianten von Proteinen mit verschiedener Länge kann für den Erfolg der Kristallisation entscheidend sein. Der gezielte Austausch einer oder mehrerer Aminosäuren ist für die Aufklärung von Reaktionsmechanismen sehr wertvoll. Anschließend werden die Bedingungen für Genexpression und Proteinreinigung optimiert, um die Ausbeute an funktionellem Protein zu maximieren. Eine sehr hohe Reinheit und Homogenität von Proteinproben sind Voraussetzung für analytische und kristallographische Experimente. Deshalb werden verschiedene Arten von Chromatographie-Techniken für die Abtrennung von Verunreinigungen eingesetzt.

Span Methods 3

Ausgewählte Publikationen:

Insights into the Binding of Pyridines to the Iron-Sulfur Enzyme IspH
I. Span, K. Wang, W. Eisenreich, A. Bacher, Y. Zhang, E. Oldfield, M. Groll, J. Am. Chem. Soc. 2014, 136 (22), 7926-32.

Link: http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/ja501127

.

Structures of fluoro, amino, and thiol inhibitors bound to the [Fe4S4] protein IspH
I. Span, K. Wang, W. Wang, J. Jauch, W. Eisenreich, A. Bacher, E. Oldfield, M. Groll, Angew. Chem. Int. Edit. 2013, 52 (7), 2118-21.

Link: http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201208469/abstract


Discovery of acetylene hydratase activity of the iron-sulphur protein IspH
I. Span, K. Wang, W. Wang, Y. Zhang, A. Bacher, W. Eisenreich, K. Li, C. Schulz, E. Oldfield, M. Groll, Nat. Commun. 2012, 3, 1042.

Link: http://www.nature.com/ncomms/journal/v3/n9/full/ncomms2052.html


Servicemenü

Homepage