Dem Leuchten auf den Grund gegangen - Wissenschaftler klären am HZB die Struktur eines designten Proteins auf

Bändermodell des fluoreszierenden Proteins „Dreiklang“, <br />dessen Struktur am Elektronenspeicherring BESSY<br />vermessen wurde.

Bändermodell des fluoreszierenden Proteins „Dreiklang“,
dessen Struktur am Elektronenspeicherring BESSY
vermessen wurde.

Fluoreszierende Proteine sind wichtige Untersuchungswerkzeuge in den Biowissenschaften: Angekoppelt an andere Eiweißstoffe, lassen sich mit ihrer Hilfe Lebensvorgänge in Zellen und Organismen auf molekularer Ebene genau studieren. Die Fluoreszenz-Proteine werden dazu gezielt zum Leuchten gebracht, beziehungsweise bei Bedarf in den nicht-leuchtenden Zustand überführt. Übertragen gesprochen: Sie werden wie eine Lampe an- oder ausgeschaltet. Am Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) ist es Wissenschaftlern nun erstmals gelungen, die mit der Fluoreszenz verbundenen Strukturmerkmale an ein und demselben Proteinkristall im ein- und ausgeschalteten Zustand zu untersuchen. Die Ergebnisse haben sie in Nature Biotechnology veröffentlicht (doi:10.1038/nbt.1952).

Für ihre Arbeit nutzten die Forscher vom Max-Planck-Institut für Biophysikalische Chemie in Göttingen und von der Freien Universität Berlin die MX-Beamline BL14.2 des HZB-Elektronenspeicherrings BESSY, die im Rahmen des Joint Berlin MX-Laboratory zusammen mit der FU-Berlin, der HU, dem MDC und dem FMP betrieben wird. Mit dem intensiven Röntgenlicht der Beamline können Proteinkristalle mit höchster Auflösung vermessen werden. Untersuchungsobjekt war ein grün fluoreszierendes Protein mit dem Namen „Dreiklang“. Der Proteinkristall wurde zunächst bei Raumtemperatur aus dem fluoreszierenden in den nicht-fluoreszierenden Zustand überführt – der Schalter also auf „Aus“ gestellt. Anschließend vermaßen die Wissenschaftler den Kristall im tiefgefrorenen Zustand bei etwa minus 170 Grad Celsius an der BESSY-Beamline.

„Normalerweise geht ein Proteinkristall kaputt, wenn man es nach der Vermessung wieder auf Raumtemperatur erwärmt“, beschreibt Dr. Uwe Müller, HZB-Arbeitsgruppenleiter „Makromolekulare Kristallographie“ das Besondere der Untersuchungen: „In diesem Fall ist es aber gelungen, das Protein funktionsfähig zu halten.“ So war es möglich, den Proteinkristall bei 30 Grad Celsius in den fluoreszierenden Zustand zu bringen, anschließend erneut einzufrieren und ein zweites Mal an der Beamline zu vermessen. Bei der anschließenden Analyse der Daten stellte das Forscherteam fest, dass sich die Struktur des Proteins im ein- beziehungsweise ausgeschalteten Zustand durch die Zahl der eingelagerten Wassermoleküle unterscheidet.

„Mit der Untersuchung des Dreiklang-Moleküls haben wir am BESSY Neuland betreten“, sagt Uwe Müller. Es handele sich dabei um ein designtes Protein, dass es in dieser Form in der Natur nicht gebe. Müller: „Mit der MX-Beamline lassen sich also nicht nur natürliche Proteine, sondern auch völlig neue Materialien untersuchen. Wir sind mit unserer Arbeit noch ein Stück weiter in den Kernbereich der HZB-Forschung `Funktionale Materialien´ gerückt“, so Müller.

HS

  • Link kopieren

Das könnte Sie auch interessieren

  • MXene als Energiespeicher: Vielseitiger als gedacht
    Science Highlight
    03.02.2026
    MXene als Energiespeicher: Vielseitiger als gedacht
    MXene-Materialien könnten sich für eine neue Technologie eignen, um elektrische Ladungen zu speichern. Die Ladungsspeicherung war jedoch bislang in MXenen nicht vollständig verstanden. Ein Team am HZB hat erstmals einzelne MXene-Flocken untersucht, um diese Prozesse im Detail aufzuklären. Mit dem in situ-Röntgenmikroskop „MYSTIIC” an BESSY II gelang es ihnen, die chemischen Zustände von Titanatomen auf den Oberflächen der MXene-Flocken zu kartieren. Die Ergebnisse zeigen, dass es zwei unterschiedliche Redox-Reaktionen gibt, die vom jeweils verwendeten Elektrolyten abhängen. Die Studie schafft eine Grundlage für die Optimierung von MXene-Materialien als pseudokapazitive Energiespeicher.
  • KI analysiert Dinosaurier-Fußabdrücke neu
    Science Highlight
    27.01.2026
    KI analysiert Dinosaurier-Fußabdrücke neu
    Seit Jahrzehnten rätseln Paläontolog*innen über geheimnisvolle dreizehige Dinosaurier-Fußabdrücke. Stammen sie von wilden Fleischfressern, sanften Pflanzenfressern oder sogar frühen Vögeln? Nun hat ein internationales Team künstliche Intelligenz eingesetzt, um dieses Problem anzugehen – und eine kostenlose App entwickelt, die es jeder und jedem ermöglicht, die Vergangenheit zu entschlüsseln.
  • Kompakter Elektronenbeschleuniger zur Aufbereitung von PFAS-belastetem Wasser
    Science Highlight
    19.01.2026
    Kompakter Elektronenbeschleuniger zur Aufbereitung von PFAS-belastetem Wasser
    So genannte Ewigkeitschemikalien oder PFAS-Verbindungen sind ein zunehmendes Umweltproblem. Ein innovativer Ansatz für die Aufbereitung von Wasser und Böden in PFAS-belasteten Gebieten kommt jetzt aus der Beschleunigerphysik: Hochenergetische Elektronen können PFAS-Moleküle durch Radiolyse in unschädliche Bestandteile zerlegen. Ein am HZB entwickelter Beschleuniger auf Basis eines SHF-Photoinjektors kann den dafür nötigen Elektronenstrahl liefern, zeigt nun eine Studie in PLOS One.