Direct Measure of Giant Magnetocaloric Entropy Contributions in Ni-Mn-In

Off-stoichiometric alloys based on Ni 2 MnIn have drawn attention due to the coupled first order magnetic and structural transformations, and the large magnetocaloric entropy associated with the transformations. Here we describe calorimetric and magnetic studies of four compositions. The results provide a direct measure of entropy changes contributions including at the first-order phase transitions, and thereby a determination of the maximum field-induced entropy change corresponding to the giant magnetocaloric effect. We find a large excess entropy change, attributed to magneto-elastic coupling, but only in compositions with no ferromagnetic order in the high-temperature austenite phase. Furthermore, a molecular field model corresponding to antiferromagnetism of the low-temperature phases is in good agreement, and nearly independent of composition, despite significant differences in overall magnetic response of these materials

The Molten Globule State of Maltose-Binding Protein: Structural Characterization by Electron Paramagnetic Resonance Spectroscopy

Wie Proteine sich innerhalb weniger Millisekunden korrekt falten können, ist eine der fundamentalen Fragen in der Biochemie. Ein beim Faltungsprozess durchlaufener Übergangszustand ist der molten globule Zustand (MG Zustand), der sich unter bestimmten Bedingungen stabilisieren und untersuchen lässt. In diesem Zustand ähnelt die Sekundärstruktur dem nativen Zustand, während die Tertiärstruktur eher dem vollständig entfalteten Zustand entspricht. In dieser Arbeit wurde der MG Zustand am Beispiel des Maltose bindenden Proteins (MBP) untersucht. Dazu wurde MBP bei pH 3,2 im MG-Zustand stabilisiert und dies mittels Fluoreszenz Spektroskopie bestätigt. Die Abstände zwischen definierten Aminosäuren im MG Zustand wurden durch Spinlabels, die an gezielt mutierten Cysteinpaaren angebracht wurden, mittels Elektronenspinresonanz (EPR) gemessen und mit den Abständen derselben Aminosäuren im nativen Zustand verglichen. Anhand von sieben verschiedenen Doppelmutanten wurde die periphere Struktur mittels gepulster EPR analysiert, zwei weitere Doppelmutanten dienten dazu, die Struktur der molekularen Bindungstasche von MBP mittels CW EPR zu untersuchen. Die Anwesenheit von Maltose führte im MG Zustand zu einer deutlichen Veränderung der Abstände bestimmter Spinlabels in der peripheren Struktur. Dies deutet darauf hin, dass MBP Maltose sogar im MG Zustand binden kann. Durch isotherme Titrationskalorimetrie (ITC) wurde diese Vermutung bestätigt: die Ergebnisse zeigen jedoch, dass der Bindungsprozess zwischen MBP und Maltose im MG Zustand mit 11 fach geringerer Bindungsenthalpie erfolgt wie im nativen Zustand. Die Abstände der Spinlabel Paare neben der Bindungstasche von MBP unterschieden sich im MG Zustand vom nativen Zustand weder mit noch ohne Maltose. Diese Ergebnisse weisen darauf hin, dass MBP im MG Zustand rund um die Bindungstasche bereits eine klar ausgebildete Tertiärstruktur besitzt. Um diese Befunde zu bestätigen, sollten nun Untersuchungen anhand weiterer Doppelmutanten und mittels empfindlicherer Messungen wie z.B. DQC durchgeführt werden

The Molten Globule State of Maltose-Binding Protein: Structural Characterization by Electron Paramagnetic Resonance Spectroscopy

Wie Proteine sich innerhalb weniger Millisekunden korrekt falten können, ist eine der fundamentalen Fragen in der Biochemie. Ein beim Faltungsprozess durchlaufener Übergangszustand ist der molten globule Zustand (MG Zustand), der sich unter bestimmten Bedingungen stabilisieren und untersuchen lässt. In diesem Zustand ähnelt die Sekundärstruktur dem nativen Zustand, während die Tertiärstruktur eher dem vollständig entfalteten Zustand entspricht. In dieser Arbeit wurde der MG Zustand am Beispiel des Maltose bindenden Proteins (MBP) untersucht. Dazu wurde MBP bei pH 3,2 im MG-Zustand stabilisiert und dies mittels Fluoreszenz Spektroskopie bestätigt. Die Abstände zwischen definierten Aminosäuren im MG Zustand wurden durch Spinlabels, die an gezielt mutierten Cysteinpaaren angebracht wurden, mittels Elektronenspinresonanz (EPR) gemessen und mit den Abständen derselben Aminosäuren im nativen Zustand verglichen. Anhand von sieben verschiedenen Doppelmutanten wurde die periphere Struktur mittels gepulster EPR analysiert, zwei weitere Doppelmutanten dienten dazu, die Struktur der molekularen Bindungstasche von MBP mittels CW EPR zu untersuchen. Die Anwesenheit von Maltose führte im MG Zustand zu einer deutlichen Veränderung der Abstände bestimmter Spinlabels in der peripheren Struktur. Dies deutet darauf hin, dass MBP Maltose sogar im MG Zustand binden kann. Durch isotherme Titrationskalorimetrie (ITC) wurde diese Vermutung bestätigt: die Ergebnisse zeigen jedoch, dass der Bindungsprozess zwischen MBP und Maltose im MG Zustand mit 11 fach geringerer Bindungsenthalpie erfolgt wie im nativen Zustand. Die Abstände der Spinlabel Paare neben der Bindungstasche von MBP unterschieden sich im MG Zustand vom nativen Zustand weder mit noch ohne Maltose. Diese Ergebnisse weisen darauf hin, dass MBP im MG Zustand rund um die Bindungstasche bereits eine klar ausgebildete Tertiärstruktur besitzt. Um diese Befunde zu bestätigen, sollten nun Untersuchungen anhand weiterer Doppelmutanten und mittels empfindlicherer Messungen wie z.B. DQC durchgeführt werden

Open and Closed Form of Maltose Binding Protein in Its Native and Molten Globule State As Studied by Electron Paramagnetic Resonance Spectroscopy

An intensively investigated intermediate state of protein folding is the molten globule (MG) state, which contains secondary but hardly any tertiary structure. In previous work, we have determined the distances between interacting spins within maltose binding protein (MBP) in its native state using continuous wave and double electron-electron resonance (DEER) electron paramagnetic resonance (EPR) spectroscopy. Seven double mutants had been employed to investigate the structure within the two domains of MBP. DEER data nicely corroborated the previously available X-ray data. Even in its MG state, MBP is known to still bind its ligand maltose. We therefore hypothesized that there must be a defined structure around the binding pocket of MBP already in the absence of tertiary structure. Here we have investigated the functional and structural difference between native and MG state in the open and closed form with a new set of MBP mutants. In these, the spin-label positions were placed near the active site. Binding of its ligands leads to a conformational change from open to closed state, where the two domains are more closely together. The complete set of MBP mutants was analyzed at pH 3.2 (MG) and pH 7.4 (native state) using double-quantum coherence EPR. The values were compared with theoretical predictions of distances between the labels in biradicals constructed by molecular modeling from the crystal structures of MBP in open and closed form and were found to be in excellent agreement. Measurements show a defined structure around the binding pocket of MBP in MG, which explains maltose binding. A new and important finding is that in both states ligand-free MBP can be found in open and closed form, while ligand-bound MBP appears only in closed form because of maltose binding