3D-Elektronenmikroskopie dreier respiratorischer Proteine unter Verbesserung der bioinformatischen Abläufe

Die Transmissionselektronenmikroskopie gepaart mit bioinformatischen Methoden zur digitalen Bildverarbeitung ist ein schneller Weg zur Erstellung dreidimensionaler Rekonstruktionen großer Proteinkomplexe. Durch die Kombination der 3D-Elektronenmikroskopie mit der Röntgenstruktur von Untereinheiten erhält man ein pseudoatomares Modell der Quartärstruktur.rnIn dieser Arbeit wurden auf diese Weise die Quartärstrukturen von drei unterschiedlichen respiratorischen Proteinen analysiert (einem Hämoglobin und zwei Hämocyaninen). Zudem wurden spezielle Software-Tools entwickelt, um vorhandene Softwarepakete besser miteinander kombinieren zu können.rnDie ca. 15Å 3D-Rekonstruktion des Hämoglobins vom Wasserfloh Daphnia pulex klärt die umstrittene Frage, wie viele Untereinheiten die Quartärstruktur aufbauen: Es sind 16 (mit je zwei Häm-Domänen), angeordnet in zwei Schichten als D4-symmetrisches Sandwich. Die ca. 15 Å 3D-Rekonstruktion des 2x6meren Hämocyanins des Flusskrebses Astacus leptodactylus gibt neue Einblicke in die Kontaktstelle zwischen den beiden Hexameren; sie liegt im Bereich der Domäne 3. Bei dem aus 48 Untereinheiten bestehenden Hämocyanin des Pfeilschwanzes Limulus polyphemus wurde eine Auflösung von ca. 7 Å erreicht. Die Homologiemodelle der Untereinheiten wurden flexibel gefittet. An einer der Kontaktstellen zwischen den beiden Halbmolekülen wurden Molekulardynamik (MD)-Simulationen durchgeführt, um mehr über die Art der chemischen Bindung an dieser Kontaktstelle zu erfahren.rnSpeziell für die Kombination von 3D-Elektronenmikroskopie und MD-Simulation wurden verschiedene bioinformatische Werkzeuge und eine leicht zu erweiternde universelle grafische Benutzeroberfläche (GUI) entwickelt.

Evidence of Intracrystalline Mesostructured Porosity in Zeolites by Advanced Gas Sorption, Electron Tomography and Rotation Electron Diffraction

The small size of micropores (typically <1 nm) in zeolites causes slow diffusion of reactant and product molecules in and out of the pores and negatively impacts the product selectivity of zeolite based catalysts, for example, fluid catalytic cracking (FCC) catalysts. Size-tailored mesoporosity was introduced into commercial zeolite Y crystals by a simple surfactant-templating post-synthetic mesostructuring process. The resulting mesoporous zeolite Y showed significantly improved product selectivity in both laboratory testing and refinery trials. Advanced characterization techniques such as electron tomography, three-dimensional rotation electron diffraction, and high resolution gas adsorption coupled with hysteresis scanning and density functional theory, unambiguously revealed the intracystalline nature and connectivity of the introduced mesopores. They can be considered as molecular highways that help reactant and product molecules diffuse quickly to and away from the catalytically active sites within the zeolite crystals and, thus, shift the selectivity to favor the production of more of the valuable liquid fuels at reduced yields of coke and unconverted feed.