Molekulare Motoren auf Basis von Nukleinsäuren
Um die Mechanistik der Faltung und Entfaltung verschiedener Moleküle wie etwa Proteinen und Nukleinsäuren zu untersuchen und Fehlfaltungen zu erkennen, sind spezielle Techniken und Apparaturen erforderlich. Optische Pinzetten und Rasterkraftmikroskope erwiesen als hervorragend geeignet, um die inneren Funktionen von Biomolekülen in bisher unerreichter Auflösung darzustellen. Im Fokus des EU-finanzierten Projekts SMINAFEL (Single molecule investigation of nucleic acids free energy landscapes: Bringing together computational models and laser tweezer experiments) stand die Aktivität von Helikase-Enzymen, die Reparaturen bei der DNA-Replikation ermöglichen. Durch Hydrolyse von Adenosintriphosphat (ATP) wandeln diese Proteine chemische in Bewegungsenergie für die Aufspaltung der DNA-Doppelhelix um. Für die Untersuchung der Helikasefunktion wurde eine optische Pinzette entwickelt und optimiert. Hierfür wurde eine DNA-Haarnadel zwischen zwei beschichteten Beads fixiert, die jeweils von einer Mikropipette und einer optischen Falle gehalten wurden. Die Helikase- und ATP-Lösung wurde mithilfe eines Mikrofluidiksystems darüber gespült, wodurch die Haarnadel geöffnet und die Aktivität der Helikase ermittelt werden konnte. Damit dies effizient vonstatten geht, wurden mehrere Systemparameter standardisiert (u.a. das Ventil des Fluidiksystems und die Länge des DNA-Moleküls). Experimentelle Ergebnisse zeigten eine konstante Amplitude der Helikasefluktuation, unabhängig von der ATP-Konzentration. Entscheidend waren offenbar nur die Fluktuationen der Replikationsgabel beim Öffnen und Schließen. Auf Basis der neuen Technologie von SMINAFEL können nun Funktionen molekularer Motoren der DNA-Reparatur- und Duplikationsmaschinerie genauer analysiert werden. Das neue System ist ein hervorragendes Werkzeug zur detailgenauen Analyse verschiedenster Biomoleküle.
