Thermische Auffaltung

von Myoglobin: DSC

Susanne Bomke

Cornelia Mömming

� Proteine � Myoglobin

� Vorstellung der DSC

� Proteine als biophysikalische Systeme

� Stabilitätsgleichung von Proteinen

� Thermodynamische Betrachtung der Messkurve

� Auswertung der DSC

� Zusammenfassung

Gliederung

� Grundbausteine: Aminosäuren

� Verschiedene Funktionen : Gerüstsubstanzen (Keratin)

Biokatalysatoren (Enzyme)

Hormone

� Verschiedene strukturelle Ebenen:

Primärstruktur (Sequenz der Aminosäuren)

Sekundärstruktur (Auffaltung von Polypeptidketten)

Tertiärstrukur

Quartärstruktur

Proteine

� Im Muskel enthalten

� Sauerstoffspeicher

� Sauerstofftransport innerhalb des Muskels

Struktur:

� Prosthetische Gruppe: Häm

� Eisen von 6 Liganden umgeben

Myoglobin

� Differential Scanning Calometry: Wärmekapazität Cp einer Probe wird in Abhängigkeit von Temperatur aufgezeichnet

� Messprinzip: Probe und Referenz werden erwärmt (konstante Heizrate), falls endotherme oder exotherme Phasenumwandlung � Temperaturdifferenz

� Ausgleich der Temperatur

� Aufgezeichnete Parameter: Änderung der Wärmemenge (Enthalpieänderung) pro Temperaturänderung

� Messsignal:

DSC – Was ist das?

p

p

CT

H=

∂

∂

Aufbau eines DSC-Gerätes

� Modell: N D

K =

� Keine weiteren Zustände zugelassen

� Gleichgewicht nur, wenn Stabilität von N und D identisch

� Vorzeichen von ∆Gθ entscheidend für die Gleichgewichtslage:

falls ∆Gθ negativ � Gleichgewicht auf der Seite der Produkte

falls ∆Gθ positiv � Gleichgewicht auf der Seite der Edukte

Proteine als biophysikalische Systeme

[ ][ ]N

D

� Stabilität bedeutet Unfähigkeit zur Veränderung

� Zustand genau dann stabil, wenn es keinen anderen erreichbaren Zustand mit höherer Entropie gibt

� Bei p und T = const. ist derjenige Zustand stabil, der die niedrigste freie Enthalpie G aufweist (geschlossenes System)

Was versteht man unter Gleichgewicht und Stabilität?

Ziel dieses Versuchs ist die quantitative Bestimmung der Stabilität

von Proteinen

� ∆Gθ = – RT ln K

� ∆Gθ = ∆Hθ – T ∆Sθ (nur im Gleichgewicht gültig)

� G = Gθ + RT ln

� � ∆G = GD – GN = ∆Gθ + RT ln

Beschreibung des Gleichgewichtes mitthermodynamischen Größen

θc

c

N

D

c

c

� Welche Messgrößen werden benötigt um die Stabilität von Proteinen zu beschreiben?

� Eine Antwort ergibt sich aus der Stabilitätsgleichung:

� Es müssen ∆Hθ(Tm), ∆Cpθ(Tm) sowie Tm bestimmt werden

Stabilitätsgleichung

∆+

∆−−∗∆+∆=∆

m

mp

m

m

mmpmT

TTC

T

THTTTTCTHTG ln)(

)()()()()( θ

θθθθ

� ∆Gθ = ∆Hθ – T ∆Sθ

� Betrachtung der Temperaturabhängigkeit der Enthalpie und der Entropie

� Lösung:

Herleitung der Stabilitätsgleichung

⋅∆+∆=∆

∗

∗

T

TCTSTS p ln)()( θθθ

TCTHTH p∆∆+∆=∆ ∗ )()( θθ

m

p

m

mm

T

TCT

T

THTTST ln

)()( ⋅∆+

∆=∆ θ

θθ

Messkurve

� Stabilitätsgleichung zur Beschreibung von Proteinen:

� Zu bestimmende Parameter: Tm, ∆Hθ(Tm), ∆Cpθ(Tm)

� Zwei Verfahren zur Bestimmung von ∆Hθ(Tm):

kalorimetrische Enthalpiebestimmung

Van‘t Hoff Verfahren

Zusammenfassung

∆+

∆−−∗∆+∆=∆

m

mp

m

m

mmpmT

TTC

T

THTTTTCTHTG ln)(

)()()()()( θ

θθθθ