Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Wie Zellmembranen Lipide austauschen

12.11.2012
Bayreuther Zellbiologen veröffentlichen in „Science“ neue Erkenntnisse zur Phospholipid-Synthese in Mitochondrien

„Kraftwerke der Zelle“, so werden die Mitochondrien oft genannt. Es handelt sich dabei um winzige Zellorganellen mit einem Durchmesser von weniger als einem Mikrometer, die in fast allen Zellen von Menschen, Tieren, Pflanzen und Pilzen enthalten sind.

Sie liefern die Energie, die für die Zellen lebenswichtig ist. Neuerdings ist die Biomedizin auf Indizien gestoßen, die darauf hinweisen, dass Fehlfunktionen der Mitochondrien an manchen Alterserscheinungen und neurodegenerativen Erkrankungen, wie etwa Parkinson, ursächlich beteiligt sind. Bevor aber gesicherte Schlussfolgerungen für die Bekämpfung dieser Krankheiten gezogen werden können, bedarf es weiterer Grundlagenforschung zur Entstehung dieser Zellorganellen. Bisher war beispielsweise unbekannt, wie Zellorganellen wichtige Bausteine ihrer Membranen, die Phosopholipide, untereinander austauschen.

Neue Forschungsergebnisse, die zur Aufklärung dieser Prozesse beitragen, präsentiert jetzt ein Forscherteam unter Beteiligung von Prof. Dr. Benedikt Westermann und Till Klecker an der Universität Bayreuth im Wissenschaftsmagazin „Science“.

Zusammen mit Wissenschaftlern der Universität Köln haben die Bayreuther Zellbiologen untersucht, wie es den Mitochondrien gelingt, Phospholipide herzustellen. Ohne diese fettähnlichen Moleküle könnten die Mitochondrien und auch andere Zellorganellen wesentliche Aufgaben in der Zelle nicht erfüllen.

Im „Huckepack-Verfahren“:

Das Protein Ups1 ermöglicht Importe aus dem Endoplasmatischen Retikulum Jedes Mitochondrion besitzt eine Hülle, die ihm eine längliche Form verleiht und sich aus einer äußeren und einer inneren Membran zusammensetzt. Für das Wachstum dieser Membranen müssen die Phospholipide zwischen den Membranen ausgetauscht und dann weiter umgebaut werden. Dabei gilt: Nicht alle Bausteine, die für die Synthese benötigt werden, können die Mitochondrien aus eigener Kraft herstellen. Sie müssen Vorstufen der Phospholipide aus einem anderen Zellorganell importieren, nämlich aus dem Endoplasmatischen Retikulum (ER). Das ER steht mit den Mitochondrien in einem sehr engen Kontakt. Es war bisher aber unbekannt, wie die Membranbestandteile zwischen dem ER und den mitochondrialen Membranen ausgetauscht werden.

Das Team aus Bayreuther und Kölner Forschern hat herausgefunden, wie Vorstufen der Phospholipide aus dem ER über die äußere bis zur inneren Membran der Mitochondrien gelangen. Sie haben ein Protein identifiziert, das ein als Phosphatidylsäure bezeichnetes Lipid gleichsam im Huckepack-Verfahren transportiert. Dieses Protein, „Ups1“, transportiert die Phosphatidylsäure, die die mitochondriale Außenmembran vom ER aufgenommen hat, weiter bis zur inneren Membran. Wie ein Shuttle wechselt Ups1 zwischen den beiden Membranen der Mitochondrien hin und her.

Der Syntheseprozess:
Enzymatische Störungen und ihre Folgen
Dieser Shuttle liefert den aus dem ER importierten Baustein bei der inneren Membran ab, wo er dann zu weiteren Phospholipiden umgebaut wird. Diese Synthese setzt sich dabei wie eine Kaskade aus mehreren, aufeinander folgenden Teilprozessen zusammen. Jeder Teilprozess wird dabei durch ein spezifisches Enzym in Gang gesetzt. Die Zellbiologen in Bayreuth und Köln haben neue Einsichten in diese Abläufe gewinnen können, indem sie einige der beteiligten Enzyme „ausgeschaltet“, also funktionsuntüchtig gemacht haben. Dadurch geriet der gesamte Syntheseprozess mehrfach ins Stocken – mit der Folge, dass sich an der inneren Membran Zwischenprodukte anhäuften, die nicht mehr weiterverarbeitet werden konnten.

Welche gravierenden Konsequenzen solche künstlichen Eingriffe in die Synthese der Phospholipide haben, wurde im Bayreuther Labor für Elektronenmikroskopie sichtbar. Solange die Enzyme ungestört arbeiten und die Herstellung der Phospholipide vorantreiben, weist die innere Membran der Mitochondrien eine Vielzahl kleiner Einstülpungen aus. Diese sogenannten „Cristae“ vergrößern die Oberfläche der Membran. Sie bieten damit genügend Platz für biochemische Reaktionen, die für die Funktionstüchtigkeit der Mitochondrien und die Energieversorgung der Zelle unentbehrlich sind. Doch wenn die Synthese der Phospholipide gestört wird und Zwischenprodukte nicht mehr weiterverarbeitet werden, ändert sich die Struktur der inneren Membran schlagartig. Die Membran verliert ihre ursprüngliche Form, die optimal der Funktion angepasst ist; zahlreiche Einstülpungen verlängern sich und lösen sich dann ab, weil sich die Lipidzusammensetzung der Membran dramatisch ändert.

Zellbiologische Grundlagenforschung

Diese Strukturänderungen geben erste Antworten auf bisher ungelöste Fragen der zellbiologischen Grundlagenforschung: Was bestimmt die Form der zellulären Membranen, und wie wird die Form der Funktion angepasst? „Es freut uns, wenn wir mit unserem elektronenmikroskopischen Know-How dazu beitragen können, grundlegende Fragen der Zellbiologie zu beantworten“, erklärt Prof. Dr. Benedikt Westermann. „Besonders spannend wird es sein, zukünftig zu sehen, ob diese Prozesse auch beim Altern oder neurodegenerativen Erkrankungen im Menschen eine Rolle spielen.“

Veröffentlichung:
Melanie Connerth, Takashi Tatsuta, Mathias Haag, Till Klecker, Benedikt Westermann, and Thomas Langer,
Intramitochondrial Transport of Phosphatidic Acid in Yeast by a Lipid Transfer Protein,
in: Science 2012, Vol. 338 no. 6108 pp. 815-818
DOI (Link): 10.1126/science.1225625
Ansprechpartner:
Prof. Dr. Benedikt Westermann
Zellbiologie und Elektronenmikroskopie
Universität Bayreuth
D-954470 Bayreuth
Tel.: +49 (0)921 55 4300
E-Mail: benedikt.westermann@uni-bayreuth.de
Text und Redaktion:
Christian Wißler M.A. mit Prof. Dr. Benedikt Westermann
Stabsstelle Presse, Marketing und Kommunikation Universität Bayreuth
D-95440 Bayreuth
Tel.: 0921 / 55-5356 / Fax: 0921 / 55-5325
E-Mail: mediendienst-forschung@uni-bayreuth.de

Christian Wißler | Universität Bayreuth
Weitere Informationen:
http://www.uni-bayreuth.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Ein magnetischer Antrieb für Mikroroboter
27.09.2016 | Max-Planck-Institut für Intelligente Systeme, Standort Stuttgart, Stuttgart

nachricht Ein Schleusenwärter namens Vigilin
27.09.2016 | Eidgenössische Technische Hochschule Zürich (ETH Zürich)

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Forscher entwickeln quantenphotonischen Schaltkreis mit elektrischer Lichtquelle

Optische Quantenrechner könnten die Computertechnologie revolutionieren. Forschern um Wolfram Pernice von der Westfälischen Wilhelms-Universität Münster sowie Ralph Krupke, Manfred Kappes und Carsten Rockstuhl vom Karlsruher Institut für Technologie ist es nun gelungen, einen quantenoptischen Versuchsaufbau auf einem Chip zu platzieren. Damit haben sie eine Voraussetzung erfüllt, um photonische Schaltkreise für optische Quantencomputer nutzbar machen zu können.

Ob für eine abhörsichere Datenverschlüsselung, die ultraschnelle Berechnung riesiger Datenmengen oder die sogenannte Quantensimulation, mit der hochkomplexe...

Im Focus: First quantum photonic circuit with electrically driven light source

Optical quantum computers can revolutionize computer technology. A team of researchers led by scientists from Münster University and KIT now succeeded in putting a quantum optical experimental set-up onto a chip. In doing so, they have met one of the requirements for making it possible to use photonic circuits for optical quantum computers.

Optical quantum computers are what people are pinning their hopes on for tomorrow’s computer technology – whether for tap-proof data encryption, ultrafast...

Im Focus: Quantenboost für künstliche Intelligenz

Intelligente Maschinen, die selbständig lernen, gelten als Zukunftstrend. Forscher der Universität Innsbruck und des Joint Quantum Institute in Maryland, USA, loten nun in der Fachzeitschrift Physical Review Letters aus, wie Quantentechnologien dabei helfen können, die Methoden des maschinellen Lernens weiter zu verbessern.

In selbstfahrenden Autos, IBM's Watson oder Google's AlphaGo sind Computerprogramme am Werk, die aus Erfahrungen lernen können. Solche Maschinen werden im Zuge...

Im Focus: Synthese-chemischer Meilenstein: Neues Ferrocenium-Molekül entdeckt

Wissenschaftler der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) haben zusammen mit Kollegen der Freien Universität Berlin ein neues Molekül entdeckt: Die Eisenverbindung in der seltenen Oxidationsstufe +4 gehört zu den Ferrocenen und ist äußerst schwierig zu synthetisieren.

Metallocene werden umgangssprachlich auch als Sandwichverbindungen bezeichnet. Sie bestehen aus zwei organischen ringförmigen Verbindungen, den...

Im Focus: Neue Entwicklungen in der Asphären-Messtechnik

Kompetenzzentrum Ultrapräzise Oberflächenbearbeitung (CC UPOB) lädt zum Expertentreffen im März 2017 ein

Ob in Weltraumteleskopen, deren Optiken trotz großer Abmessungen nanometergenau gefertigt sein müssen, in Handykameras oder in Endoskopen − Asphären kommen in...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Laser für Neurochirurgie und Biofabrikation - LaserForum 2016 thematisiert Medizintechnik

27.09.2016 | Veranstaltungen

Ist Vergessen die Zukunft?

27.09.2016 | Veranstaltungen

Von der Probe zum digitalen Modell - MikroskopieTrends ´16

26.09.2016 | Veranstaltungen

 
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Nanotechnologie für Energie-Materialien: Elektroden wie Blattadern

27.09.2016 | Physik Astronomie

Ultradünne Membranen aus Graphen

27.09.2016 | Physik Astronomie

Ein magnetischer Antrieb für Mikroroboter

27.09.2016 | Biowissenschaften Chemie