Eine ungewöhnliche Proteinstruktur, die als „rippled beta sheet“ bekannt ist und erstmals 1953 vorhergesagt wurde, wurde nun im Labor erstellt und mithilfe von Röntgenkristallographie detailliert charakterisiert.
Die neuen Erkenntnisse, veröffentlicht im Juli in Chemische Wissenschaftkann das rationale Design einzigartiger Materialien basierend auf der geriffelten Blattarchitektur ermöglichen.
„Unsere Studie etabliert die geriffelte Beta-Folien-Schichtkonfiguration als ein Motiv mit allgemeinen Merkmalen und ebnet den Weg zum strukturbasierten Design einzigartiger molekularer Architekturen mit Potenzial für die Materialentwicklung und biomedizinische Anwendungen“, sagte Jevgenij Raskatov, außerordentlicher Professor für Chemie und Biochemie an der UC Santa Cruz und korrespondierender Autor des Artikels.
Proteine kommen in einer enormen Vielfalt an Formen und Größen vor, um ihre unzähligen strukturellen und funktionellen Rollen in lebenden Zellen zu erfüllen. Bestimmte gemeinsame Strukturmotive wie die Alpha-Helix finden sich in vielen Proteinstrukturen.
Das geriffelte Blatt ist eine Variation des plissierten Betablatts, ein bekanntes Strukturmotiv, das in Tausenden von Proteinen vorkommt. Linus Pauling und Robert Corey beschrieben das geriffelte Beta-Blatt im Jahr 1953, zwei Jahre nach der Einführung des Konzepts des plissierten Beta-Blatts. Während das plissierte Beta-Blatt gut bekannt ist und oft einfach als Beta-Blatt bezeichnet wird, blieb das geriffelte Blatt jahrzehntelang eine weitgehend theoretische Struktur.
In einer früheren Studie, veröffentlicht in Chemische Wissenschaft Im Jahr 2021 berichtete Raskatovs Team über den Erhalt einer geriffelten Beta-Faltblattstruktur durch Mischen eines kleinen Peptids mit gleichen Mengen seines Spiegelbilds. Die Forscher verwendeten spiegelbildliche Formen von Triphenylalanin, einem kurzen Peptid, das aus drei Phenylalanin-Aminosäuren besteht. Die spiegelbildlichen Peptide verbanden sich paarweise, um „Dimere“ mit der vorhergesagten Struktur zu bilden, aber sie bildeten nicht die ausgedehnte, periodisch geriffelte Beta-Faltblatt-Topographie, die von Pauling und Corey angenommen wurde.
„Die zu Fischgrätenschichtstrukturen zusammengepackten Dimere ließen Zweifel aufkommen, ob die periodisch geriffelte Beta-Faltblatt-Schichtkonfiguration realisierbar war“, sagte Raskatov.
In der neuen Studie ersetzten die Forscher eines der Triphenylalanine durch andere Aminosäuren, um leicht unterschiedliche Tripeptide und ihre Spiegelbilder zu erzeugen. Unter Verwendung dieser neuen Tripeptide waren sie in der Lage, drei verschiedene aggregierende Peptidsysteme herzustellen, die ausgedehnte antiparallele geriffelte Beta-Faltblattschichten bildeten, in denen spiegelbildliche Peptidstränge abwechselnd angeordnet waren. Die Ergebnisse der Röntgenkristallographie zeigten, dass die Kristallstrukturen insgesamt in ausgezeichneter Übereinstimmung mit den Vorhersagen von Pauling und Corey stehen.
Amaruka Hazari et al., Die gewellte β-Faltblatt-Schichtkonfiguration – eine neuartige supramolekulare Architektur basierend auf Vorhersagen von Pauling und Corey, Chemische Wissenschaft (2022). DOI: 10.1039/d2sc02531k
Ariel J. Kuhn et al., Eine Kristallstrukturstudie von gewellten Pauling-Corey-Blättern, Chemische Wissenschaft (2021). DOI: 10.1039/D1SC05731F