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Darstellung von Anlage I © IST Austria
Darstellung von Anlage I © IST Austria

APA

Funktion von kleiner Turbine und großer Pumpe in Atmungskette geklärt

25.09.2020

Die Atmungskette in den Kraftwerken der Zellen verschafft Menschen und anderen Lebewesen den Energieträger "ATP". Wie die Rohenergie aufgestaut und schließlich mit der kleinsten Turbine der Welt ATP hergestellt wird, war bisher unklar. Klosterneuburger Forscher enthüllten nun die Struktur des ersten und letzten Atmungsketten-Gliedes und lösten dieses Rätsel. Die Studien erschienen in den Fachzeitschriften "Science" und "Nature Structural and Molecular Biology".

Leonid Sazanov vom Institute of Science and Technology (IST) Austria in Klosterneuburg interessiert sich für "die molekularen Maschinen, die wichtig für das Leben sind, und etwas ungewöhnliche Mechanismen haben", erklärte er der APA. Solche gibt es zum Beispiel in der "Atmungskette". Sie besteht aus einer Reihe von Maschinen in der Membran der Zellkraftwerke (Mitochondrien), die Anlage (Complex) I, II, III, IV und V genannt werden. "Die Strukturen der Anlagen II, III und IV kennt man seit einigen Jahren und man weiß auch, wie sie funktionieren, deshalb haben wir uns mit den anderen beiden befasst", so der Forscher.

Am wenigsten wusste man über Anlage I. Mit Kollegen hat er zunächst bei Bakterien, dann bei Säugetieren die Struktur dieser molekularen Maschine aufgeklärt. Sie ist dafür zuständig, dass positiv geladene Teilchen (Protonen) in den Innenraum der Mitochondrien gebracht und von der Hülle (Membran) zurückgehalten werden, so wie Wasser von der Mauer eines Staukraftwerks. "Ihr Mechanismus war aber vor unserer aktuellen Studie ein Mysterium", sagte Sazanov. Dieses hat er nun mit seinem Team aufgelöst: Zunächst muss sich eine Spirale (Helix) drehen, dadurch wird eine chemische Reaktion ermöglicht, die wiederum eine elektrostatische Welle auslöst, mithilfe derer Protonen transportiert werden.

Am Ende der Atmungskette werden die aufgestauten Protonen zur kleinsten Turbine der Welt namens "Anlage V" vulgo "F1F0-ATP-Synthase" geleitet und treiben sie an. Ein ringförmiges Turbinenrad wird auf der einen Seite der Membran, die als Staumauer fungiert, mit einem Proton besetzt, dreht sich, und spuckt es auf der anderen Seite wieder aus, fand Sazanov mit Kollegen heraus. Dieser Ring ist mit einem Schaft verbunden und seine Rotation erzeugt den chemischen Energiespeicher ATP, der die Energie für unzählige, lebenswichtige Prozesse liefert.

Service: Link zur "Science"-Publikation: https://dx.doi.org/10.1126/science.abc4209; Die Arbeit in "Nature Structural and Molecular Biology": https://dx.doi.org/10.1038/s41594-020-0503-8

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