Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Störfall in der Proteinfabrik

11.04.2008
Wie Antibiotika die Proteinsynthese im Ribosom lahm legen

Die Protein-Biosynthese ist einer der wichtigsten Prozesse in jeder lebenden Zelle. Dabei wird der genetische Code in eine Kette von Aminosäuren übersetzt, die sich dann zu der dreidimensionalen Struktur eines Proteins faltet. Ist die Protein-Biosynthese gestört, gerät die Maschinerie des Lebens ins Stocken.

Daher ist sie ein beliebtes Angriffsziel anti-mikrobieller Wirkstoffe, die unerwünschte Krankheitserreger abtöten sollen. Und so greifen die meisten der neu entwickelten Antibiotika genau in diesen komplexen Prozess am Ribosom ein.

Wissenschaftlern des Exzellenzclusters Makromolekulare Komplexe an der Goethe Universität Frankfurt ist es nun erstmals gelungen, das Andocken von Antibiotika an einem neuen Ort der bakteriellen Proteinfabrik, dem Ribosom, in drei Dimensionen sichtbar zu machen. Dabei gewannen sie zusätzlich neue Erkenntnisse über den Prozess der Protein-Biosynthese, wie sie in der aktuellen Ausgabe im Titelbeitrag der Fachzeitschrift Molecular Cell berichten.

Das Ribosom setzt sich zu Beginn der Protein-Biosynthese aus zwei Untereinheiten zusammen, einer kleinen Untereinheit, die für die Übersetzung des genetischen Codes verantwortlich ist, und einer großen Untereinheit, an welcher die Aminosäuren zu einer Kette verknüpft werden. Strukturelle Erkenntnisse über Bindungsstellen und Funktion von Antibiotika an der großen Untereinheit bezogen sich bisher alle auf den Ort, an dem das neu entstehende Protein zusammengestellt wird (Peptidyl-Transferase-Zentrum).

Wissenschaftlern um Prof. Dr. Paola Fucini vom Frankfurter Exzellenzcluster ist es jetzt mittels Röntgenstrukturanalyse gelungen, die Störung einer weiteren wichtigen Funktionsregion (GTPase Associated Region) durch die Einwirkung von drei Thiopeptid-Antibiotika auf struktureller Ebene darzustellen. Dabei ergaben sich nicht nur wichtige Erkenntnisse für die Entwicklung neuer, wirksamer Antibiotika, sondern es wurde auch ein weiteres Puzzleteil zur genauen Kenntnis des Ablaufs der Protein-synthese gefunden.

Die Proteinbiosynthese im Ribosom ähnelt dem Knüpfen einer langen Proteinkette an einem Fließband. Entscheidend für einen störungsfreien Ablauf ist die korrekte Positionierung sowie das geordnete Weiterrücken der transfer-RNA (tRNA) auf dem Fließband, auch Translokation genannt. Die tRNA liest sozusagen an einem Ende den Bauplan für das zu synthetisierende Protein und stellt am anderen Ende die entsprechende Aminosäure bereit. Die dafür notwendige Energie wird von so genannten Elongations-Faktoren bereitgestellt, die an die GTPase Associated Region im Ribosom andocken.

Wie stören Antibiotika diesen Prozess? Die Forschergruppe fand heraus, dass zwei der untersuchten Antibiotika (Thiostrepton und Nosiheptide) sich mit der Kontaktregion des Elongations-Faktors-G (EF-G) überlagern und damit den Energie-Nachschub blockieren. Darüber hinaus bewirken sie eine Konformationsänderung der molekularen Umgebung, so dass die korrekte Bindung und Funktion dieses Elongations-Faktors nicht mehr möglich ist. Damit wird die korrekte Positionierung der t-RNA verhindert, was letztendlich zum Stillstand der Proteinbiosynthese auf dem ribosonalen Fließband führt.

Micrococcin, das dritte untersuchte Antibiotikum, bewirkt dagegen fast das genaue Gegenteil: Es führt zu einer Konformationsänderung, die die Bindung eines relativ flexibel bewegbaren ribosomalen Proteins unterstützt und damit die optimale Kontaktumgebung für den Elongatonsfaktor schafft. Dies konnte im Rahmen der Forschungskooperation, an der auch das Max-Planck-Institut für Molekulare Genetik und die Charité in Berlin sowie die Universitäten in München und Marburg beteiligt waren, zum ersten Mal auf struktureller Ebene dargestellt werden. Die antimikrobielle Wirkung des Antibiotikums besteht in diesem Fall darin, ausschließlich diesen einen Zustand auszubilden, so dass die relativ variable Region für die anderen Zustände sowie andere Elongations-Faktoren blockiert sind. Somit kommt auch hierbei die Proteinbiosynthese zum Stillstand.

Obwohl die hier untersuchten Antibiotika nicht auf menschliche oder tierische Zellen wirken, geht aus aktuellen Untersuchungen hervor, dass sie auch Einfluss auf das Wachstum der Malaria Parasiten haben. Mit Sicherheit können die gewonnenen strukturellen Bindungsinformationen gezielt verwendet werden, um neue Medikamente zu erzeugen.

Beitrag in der Fachzeitschift Molecular Cell:
http://www.molecule.org/content/issue?volume=30&issue=1
Weitere Informationen:
Prof. Dr. Paola Fucini, Institut für Organische Chemie und Chemische Biologie, Campus Riedberg, Max-von-Laue-Str. 7,
60438 Frankfurt, Tel.: 069-798 29145
E-Mail: fucini@chemie.uni-frankfurt.de sowie
Dr. Jörg Harms, Tel.: 01785102447
E-Mail: harms@chemie.uni-frankfurt.de

Dr. Anne Hardy | idw
Weitere Informationen:
http://www.molecule.org/content/issue?volume=30&issue=1
http://user.uni-frankfurt.de/~joharms/akfucini/
http://www.cef-mc.de/

Weitere Berichte zu: Aminosäure Antibiotikum Protein Protein-Biosynthese Ribosom

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Möglicher Zell-Therapieansatz gegen Zytomegalie
22.02.2017 | Medizinische Hochschule Hannover

nachricht Erster Atemzug prägt Immunsystem nachhaltig
22.02.2017 | CeMM Forschungszentrum für Molekulare Medizin der Österreichischen Akademie der Wissenschaften

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: Mehr Sicherheit für Flugzeuge

Zwei Entwicklungen am Lehrgebiet Rechnerarchitektur der FernUniversität in Hagen können das Fliegen sicherer machen: ein Flugassistenzsystem, das bei einem totalen Triebwerksausfall zum Einsatz kommt, um den Piloten ein sicheres Gleiten zu einem Notlandeplatz zu ermöglichen, und ein Assistenzsystem für Segelflieger, das ihnen das Erreichen größerer Höhen erleichtert. Präsentiert werden sie von Prof. Dr.-Ing. Wolfram Schiffmann auf der Internationalen Fachmesse für Allgemeine Luftfahrt AERO vom 5. bis 8. April in Friedrichshafen.

Zwei Entwicklungen am Lehrgebiet Rechnerarchitektur der FernUniversität in Hagen können das Fliegen sicherer machen: ein Flugassistenzsystem, das bei einem...

Im Focus: HIGH-TOOL unterstützt Verkehrsplanung in Europa

Forschung am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) unterstützt die Europäische Kommission bei der Verkehrsplanung: Anhand des neuen Modells HIGH-TOOL lässt sich bewerten, wie verkehrspolitische Maßnahmen langfristig auf Wirtschaft, Gesellschaft und Umwelt wirken. HIGH-TOOL ist ein frei zugängliches Modell mit Modulen für Demografie, Wirtschaft und Ressourcen, Fahrzeugbestand, Nachfrage im Personen- und Güterverkehr sowie Umwelt und Sicherheit. An dem nun erfolgreich abgeschlossenen EU-Projekt unter der Koordination des KIT waren acht Partner aus fünf Ländern beteiligt.

Forschung am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) unterstützt die Europäische Kommission bei der Verkehrsplanung: Anhand des neuen Modells HIGH-TOOL lässt...

Im Focus: Zinn in der Photodiode: nächster Schritt zur optischen On-Chip-Datenübertragung

Schon lange suchen Wissenschaftler nach einer geeigneten Lösung, um optische Komponenten auf einem Computerchip zu integrieren. Doch Silizium und Germanium allein – die stoffliche Basis der Chip-Produktion – sind als Lichtquelle kaum geeignet. Jülicher Physiker haben nun gemeinsam mit internationalen Partnern eine Diode vorgestellt, die neben Silizium und Germanium zusätzlich Zinn enthält, um die optischen Eigenschaften zu verbessern. Das Besondere daran: Da alle Elemente der vierten Hauptgruppe angehören, sind sie mit der bestehenden Silizium-Technologie voll kompatibel.

Schon lange suchen Wissenschaftler nach einer geeigneten Lösung, um optische Komponenten auf einem Computerchip zu integrieren. Doch Silizium und Germanium...

Im Focus: Innovative Antikörper für die Tumortherapie

Immuntherapie mit Antikörpern stellt heute für viele Krebspatienten einen Erfolg versprechenden Ansatz dar. Weil aber längst nicht alle Patienten nachhaltig von diesen teuren Medikamenten profitieren, wird intensiv an deren Verbesserung gearbeitet. Forschern um Prof. Thomas Valerius an der Christian Albrechts Universität Kiel gelang es nun, innovative Antikörper mit verbesserter Wirkung zu entwickeln.

Immuntherapie mit Antikörpern stellt heute für viele Krebspatienten einen Erfolg versprechenden Ansatz dar. Weil aber längst nicht alle Patienten nachhaltig...

Im Focus: Durchbruch mit einer Kette aus Goldatomen

Einem internationalen Physikerteam mit Konstanzer Beteiligung gelang im Bereich der Nanophysik ein entscheidender Durchbruch zum besseren Verständnis des Wärmetransportes

Einem internationalen Physikerteam mit Konstanzer Beteiligung gelang im Bereich der Nanophysik ein entscheidender Durchbruch zum besseren Verständnis des...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

6. Internationale Fachkonferenz „InnoTesting“ am 23. und 24. Februar 2017 in Wildau

22.02.2017 | Veranstaltungen

Wunderwelt der Mikroben

22.02.2017 | Veranstaltungen

Der Lkw der Zukunft kommt ohne Fahrer aus

21.02.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Ursache für eine erbliche Muskelerkrankung entdeckt

22.02.2017 | Medizin Gesundheit

Möglicher Zell-Therapieansatz gegen Zytomegalie

22.02.2017 | Biowissenschaften Chemie

Meeresforschung in Echtzeit verfolgen

22.02.2017 | Geowissenschaften