Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

"Was das Pflanzenprotein im Nadelöhr macht"

02.04.2003


Neuer Mechanismus für Membran-Transport in Zelle entdeckt



Chloroplasten sind wichtige Bestandteile von Pflanzenzellen und von zwei Membranen umgeben. Die meisten Proteine, also Eiweißbausteine, der Chloroplasten werden im Zellkern kodiert, im Zellinneren synthetisiert und müssen dann durch diese Doppelmembran geschleust werden. Es sind mehrere Membranproteine bekannt, die dabei eine Rolle spielen. Der Mechanismus des Transportvorganges selbst ist unverstanden. Prof. Jürgen Soll und zwei Mitarbeiter vom Department Biologie I, Botanik, haben nun ein Protein identifiziert, das als molekularer Motor andere Proteine durch die Chloroplasten-Membranen schleust, wobei ein bislang unbekannter Mechanismus zugrunde liegt. Die Veröffentlichung ist online in den Proceedings of the National Academy of Sciences erschienen. Eine Druckversion wird in etwa zwei Wochen folgen (PNAS, Bd. 100, S. 4604 - 4609, 2003). Die Wissenschaftler hatten vor einigen Jahren das Protein Toc75 identifiziert, welches sich wie ein Tunnel durch die Doppelmembran zieht und neue Chloroplasten-Proteine in das Innere der Organellen läßt. Wie dieser Vorgang aber angetrieben wird, war bislang unklar. Nun konnte das Team um Soll zeigen, dass eine kleine Proteinmaschinerie dafür verantwortlich ist. Toc159 bindet an neu synthetisierte Chloroplasten-Proteine und schiebt diese dann Stück für Stück durch den Kanal Toc75. "Der Prozess ähnelt ein wenig dem Nähen mit einer Nähmaschine", erklärt Soll. "Toc159 ist dabei die Nadel mit Motor, das zu transportierende Protein ist der Faden, und das Kanalprotein in der Membran ist der Stoff."



Einige Bestandteile von höheren Zellen verfügen über eigenes genetisches Material. Dazu gehören auch die Photosynthese betreibenden Chloroplasten. Allerdings werden die meisten Chloroplasten-Proteine mit nur wenigen Ausnahmen von der DNA im Zellkern kodiert und im Zellinneren synthetisiert. Deshalb müssen diese Proteine auch erst die Doppelmembran der Chloroplasten überwinden, um an ihren Bestimmungsort zu gelangen. Tunnelförmige Kanalproteine, die die beiden Membranen durchziehen, sind das "Eingangstor" für diese neu synthetisierten Proteine.

Soll und seine Mitarbeiter haben vor einiger Zeit das Kanalprotein Toc75 in der Außenmembran der Chloroplasten identifiziert. Wie eine Pore verbindet es das Innere der Zelle mit dem Inneren der Organelle und schleust Chloroplasten-Proteine ein. Die treibende Kraft hinter diesem Vorgang ist das neu entdeckte Protein Toc159, wie das Team um Soll jetzt in vitro zeigen konnte. Bislang unbekannt war allerdings der genaue Mechanismus, wie ein neu synthetisiertes Chloroplasten-Protein zu Toc159 gelangt und von diesem dann durch das Kanalprotein Toc75 "gefädelt" wird.

Die Wissenschaftler vermuten, dass Toc159 das neu synthetisierte Chloroplasten-Protein Stück für Stück durch den Kanal drückt. Vergleichbar ist dieser Mechanismus der Funktionsweise einer Nähmaschine, die den Faden auch in kleinen Abschnitten durch den Stoff fädelt. Die Forscher schlagen einen Mechanismus vor, bei dem zunächst das neu synthetisierte Chloroplasten-Protein von dem Membran-gebundenen Toc159 gehalten wird. Dadurch wird eine energiereiche Einheit, die ebenfalls an diesen molekularen Motor bindet, gespalten. Das setzt genug Energie frei, um einen Teil von Toc159 auf den Membrankanal zuzubewegen und einen Abschnitt des Chloroplasten-Proteins hineinzudrücken. Wird die Bindung gelöst, kann eine neue Runde beginnen: Ein weiter hinten liegender Abschnitt des Chloroplasten-Proteins bindet an Toc159, Energie wird freigesetzt, und der "Faden" ein Stück weiter in den Kanal geschoben.

Proteine können ihre Funktion nur ausführen, wenn sie eine charakteristische, dreidimensionale Form angenommen haben. Sie werden von bestimmten Organellen im Zellinneren, so genannten Ribosomen, zusammengesetzt. Zunächst wird ein Baustein an den anderen gehängt, so dass eine lange Kette entsteht. Aber schon während der Synthese am Ribosom beginnt die Faltung des Proteins. Neue Proteine, die in das Innere von Chloroplasten gelangen müssen, dürfen sich nicht falten. Denn dann passen sie nicht durch die engen Kanalproteine. Bei den bislang bekannten Mechanismen sorgen bestimmte Proteine, die Chaperone, während der Synthese und auch danach dafür, dass sich die neu gebauten Proteine nicht falten. Dadurch ähneln diese einem langen, dünnen Faden und können leichter durch enge Membranporen geschleust werden. Im neuen Modell spielen Chaperone keine Rolle. Es ist allerdings noch unklar, ob Toc159 die Proteine selbst während ihrer Synthese bindet und im ungefalteten Zustand hält, oder ob sie von einem anderen Trägerprotein an die Chloroplasten-Membran zu Toc159 gebracht werden.

Ansprechpartner:

Prof. Dr. Jürgen Soll
Department Biologie I, Botanik
Tel. 089/17861-245,-244
Fax. 089/17861-185
E-mail: soll@uni-muenchen.de

Cornelia Glees-zur Bonsen | idw

Weitere Berichte zu: Chloroplasten Chloroplasten-Protein Kanalprotein Protein Toc159 Toc75

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Nervenkrankheit ALS: Mehr als nur ein Motor-Problem im Gehirn?
16.01.2017 | Leibniz-Institut für Neurobiologie

nachricht Feinstaub weckt schlafende Viren in der Lunge
16.01.2017 | Helmholtz Zentrum München - Deutsches Forschungszentrum für Gesundheit und Umwelt

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: Mit solaren Gebäudehüllen Architektur gestalten

Solarthermie ist in der breiten Öffentlichkeit derzeit durch dunkelblaue, rechteckige Kollektoren auf Hausdächern besetzt. Für ästhetisch hochwertige Architektur werden Technologien benötigt, die dem Architekten mehr Gestaltungsspielraum für Niedrigst- und Plusenergiegebäude geben. Im Projekt »ArKol« entwickeln Forscher des Fraunhofer ISE gemeinsam mit Partnern aktuell zwei Fassadenkollektoren für solare Wärmeerzeugung, die ein hohes Maß an Designflexibilität erlauben: einen Streifenkollektor für opake sowie eine solarthermische Jalousie für transparente Fassadenanteile. Der aktuelle Stand der beiden Entwicklungen wird auf der BAU 2017 vorgestellt.

Im Projekt »ArKol – Entwicklung von architektonisch hoch integrierten Fassadekollektoren mit Heat Pipes« entwickelt das Fraunhofer ISE gemeinsam mit Partnern...

Im Focus: Designing Architecture with Solar Building Envelopes

Among the general public, solar thermal energy is currently associated with dark blue, rectangular collectors on building roofs. Technologies are needed for aesthetically high quality architecture which offer the architect more room for manoeuvre when it comes to low- and plus-energy buildings. With the “ArKol” project, researchers at Fraunhofer ISE together with partners are currently developing two façade collectors for solar thermal energy generation, which permit a high degree of design flexibility: a strip collector for opaque façade sections and a solar thermal blind for transparent sections. The current state of the two developments will be presented at the BAU 2017 trade fair.

As part of the “ArKol – development of architecturally highly integrated façade collectors with heat pipes” project, Fraunhofer ISE together with its partners...

Im Focus: Mit Bindfaden und Schere - die Chromosomenverteilung in der Meiose

Was einmal fest verbunden war sollte nicht getrennt werden? Nicht so in der Meiose, der Zellteilung in der Gameten, Spermien und Eizellen entstehen. Am Anfang der Meiose hält der ringförmige Proteinkomplex Kohäsin die Chromosomenstränge, auf denen die Bauanleitung des Körpers gespeichert ist, zusammen wie ein Bindfaden. Damit am Ende jede Eizelle und jedes Spermium nur einen Chromosomensatz erhält, müssen die Bindfäden aufgeschnitten werden. Forscher vom Max-Planck-Institut für Biochemie zeigen in der Bäckerhefe wie ein auch im Menschen vorkommendes Kinase-Enzym das Aufschneiden der Kohäsinringe kontrolliert und mit dem Austritt aus der Meiose und der Gametenbildung koordiniert.

Warum sehen Kinder eigentlich ihren Eltern ähnlich? Die meisten Zellen unseres Körpers sind diploid, d.h. sie besitzen zwei Kopien von jedem Chromosom – eine...

Im Focus: Der Klang des Ozeans

Umfassende Langzeitstudie zur Geräuschkulisse im Südpolarmeer veröffentlicht

Fast drei Jahre lang haben AWI-Wissenschaftler mit Unterwasser-Mikrofonen in das Südpolarmeer hineingehorcht und einen „Chor“ aus Walen und Robben vernommen....

Im Focus: Wie man eine 80t schwere Betonschale aufbläst

An der TU Wien wurde eine Alternative zu teuren und aufwendigen Schalungen für Kuppelbauten entwickelt, die nun in einem Testbauwerk für die ÖBB-Infrastruktur umgesetzt wird.

Die Schalung für Kuppelbauten aus Beton ist normalerweise aufwändig und teuer. Eine mögliche kostengünstige und ressourcenschonende Alternative bietet die an...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Aquakulturen und Fangquoten – was hilft gegen Überfischung?

16.01.2017 | Veranstaltungen

14. BF21-Jahrestagung „Mobilität & Kfz-Versicherung im Fokus“

12.01.2017 | Veranstaltungen

Leipziger Biogas-Fachgespräch lädt zum "Branchengespräch Biogas2020+" nach Nossen

11.01.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Feinstaub weckt schlafende Viren in der Lunge

16.01.2017 | Biowissenschaften Chemie

Energieeffizienter Gebäudebetrieb: Monitoring-Plattform MONDAS identifiziert Einsparpotenzial

16.01.2017 | Messenachrichten

Nervenkrankheit ALS: Mehr als nur ein Motor-Problem im Gehirn?

16.01.2017 | Biowissenschaften Chemie