Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Neue Erkenntnisse bei der Proteinbiosynthese eröffnen den Weg zu einer neuen Klasse von Antibiotika

05.12.2006
Grundlagenforschung und Anwendung gehen Hand in Hand

Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für molekulare Genetik haben einen neuen Faktor gefunden, der bei der Proteinbiosynthese in der Zelle eine essentielle Rolle spielt und gleichzeitig immenses Potential für die Entwicklung neuer Antibiotika birgt.


Abbildung 1: Das Ribosom liest die Information der mRNA mit Hilfe von Adaptermolekülen, den tRNAs, die an einem Ende eine Aminosäure, z. B. Arg, und am anderen Ende ein so genanntes "Anticodon" tragen, mit dem die Codone der mRNA entschlüsselt werden können.


Abbildung 2: Hier ist das Ribosom in einem Schnittbild gezeigt, um die tRNAs innerhalb des Ribosoms zu sehen. Die mRNA ist die Perlenkette innerhalb der unteren, kleinen Untereinheit (gelb), die tRNAs sind die bunten Stäbchen. Die Darstellung entspricht einem Ribosom, so wie es mittels Cryo-Elektronenmikroskopie gesehen wird. EF-G ist der Translokationsfaktor, EF-Tu der Faktor, der eine Aminoacyl-tRNA zum Ribosom bringt.

Die Herstellung von Proteinen ist wohl der wichtigste Vorgang in einer Zelle. Die Bauanleitungen für diese Proteine sind in der Erbinformation (DNA) einer jeden Zelle festgeschrieben. Zunächst werden Blaupausen der DNA in Form der Boten-Ribonukleinsäuren (RNA) angelegt und anschließend in eine Kette von Aminosäuren, den Proteinbausteinen, übersetzt. In Proteinen reihen sich mehrere Hundert oder Tausend Aminosäuren in einer bestimmten Reihenfolge aneinander.

Zur Steuerung dieses Vorganges existieren in der Zelle raffinierte Enzymkomplexe - die Ribosomen. In Aufbau und Funktionsweise ist ein Ribosom mit einer Miniatur-Maschinerie vergleichbar: Die Boten-RNA (mRNA) wird wie ein Fließband durch diese Maschine hindurchgeschleust (Abbildung 1). Dabei wird das fadenförmige Botenmolekül Schritt für Schritt abgetastet und die genetische Information in die Aminosäure-Sequenz der Proteine übersetzt: Für jeweils 3 Basen, den Basen-Tripletts oder sog. Codons, existiert ein passendes Adaptermolekül, eine Transfer-RNA (tRNA), die eine bestimmte Aminosäure transportiert. Die Aminosäuren werden nacheinander zu einer Kette zusammengefügt und ergeben schließlich ein neues Proteinmolekül. Dieser Vorgang wird als Translation bezeichnet.

Das Herzstück der ribosomalen Funktion ist die sog. Elongation, die Verlängerung der wachsenden Polypeptidkette um eine Aminosäure. Dieser Prozess, läuft in allen lebenden Zellen nach denselben Regeln ab. Nachdem ein neuer Baustein an die Eiweißkette angeheftet wurde, bindet ein Elongationsfaktor an das Ribosom. Dieser löst in Gegenwart des energiereichen Moleküls GTP eine Bewegung - die Translokation - aus, die zum Weiterrücken der mRNA und tRNA um eine Codon-Einheit führt. Jetzt kann die kleine Untereinheit des Ribosoms den nächsten Abschnitt der mRNA lesen, woraufhin eine weitere Aminosäure angeheftet werden kann.

Diese Abläufe sind seit den Sechziger Jahren bekannt und wurden im Wesentlichen von der Gruppe um den Nobelpreisträger Fritz Lipmann etabliert: Danach sind zwei Elongationsfaktoren damit beschäftigt, den Elongationszyklus anzutreiben.

Die Berliner Forscher haben nun festgestellt, dass in Bakterien, Mitochondrien und Chloroplasten offenbar die Translokation nicht in allen Fällen perfekt abläuft. Eine derartige defekte Translokation kann dazu führen, dass eine falsche Aminosäure eingebaut wird oder gar das Ribosom blockiert und damit der Proteinsynthese entzogen wird, eine tödliche Gefahr für die Zelle.

Den Zustand einer defekten Translokation scheint nun der neue Faktor LepA zu erkennen und löst eine Umkehr der Translokation aus, eine "Back-Translocation", so dass das Ribosom und der Translokationsfaktor eine zweite Chance erhalten, eine geordnete Translokation auszuführen.

LepA sorgt also dafür, dass die Translation mit hoher Geschwindigkeit und Genauigkeit stattfinden kann (Abbildung 2).

Damit ist es den Forschern um Prof. Knud H. Nierhaus am Berliner Max-Planck-Institut für molekulare Genetik gelungen, einen dritten Elongationsfaktor zu identifizieren, welcher eines der höchst konservierten Proteine überhaupt darstellt und essentiell für alle Bakterien und Mitochondrien ist.

Neben der immensen Bedeutung für die Grundlagenforschung steckt in dieser Entdeckung auch ein enormes Potential für die Entwicklung einer neuen Klasse von Antibiotika. Durch die sich immer stärker ausweitende Problematik der Resistenz gegen Antibiotika sind gerade auf diesem Gebiet Neuentwicklungen von unschätzbarem Wert und können in vielen Fällen sogar lebensrettend sein.

Originalveröffentlichung:

The Highly Conserved LepA Is a Ribosomal Elongation Factor that Back-Translocates the Ribosome, Qin Y, Polacek N, Vesper O, Staub E, Einfeldt E, Wilson DN, Nierhaus KH, Cell. 2006 Nov 17;127(4):721-33.

Weitere Informationen:

Prof. Dr. Knud H. Nierhaus Nierhaus@molgen.mpg.de
Max-Planck-Institut für molekulare Genetik
AG Ribosomen
Ihnestrasse 73-75
D-14195 Berlin
Phone (+49 30) 8413 1700
Fax (+49 30) 8413 1690
http://www.molgen.mpg.de/~ag_ribo/ag_nierhaus/
Dr. Claudia Falter
Max-Planck-Institut für molekulare Genetik
Ihnestrasse 73-75
D-14195 Berlin
Tel.: (+49 30) 8413-1716
Fax: (+49 30) 8413-1671
Email: falter@molgen.mpg.de

Dr. Claudia Falter | idw
Weitere Informationen:
http://www.molgen.mpg.de/~ag_ribo/ag_nierhaus/

Weitere Berichte zu: Aminosäure Antibiotikum Protein Ribosom Translokation Zelle

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht CHP1-Mutation verursacht zerebelläre Ataxie
23.01.2018 | Uniklinik Köln

nachricht Lebensrettende Mikrobläschen
23.01.2018 | Gesellschaft Deutscher Chemiker e.V.

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: Optisches Nanoskop ermöglicht Abbildung von Quantenpunkten

Physiker haben eine lichtmikroskopische Technik entwickelt, mit der sich Atome auf der Nanoskala abbilden lassen. Das neue Verfahren ermöglicht insbesondere, Quantenpunkte in einem Halbleiter-Chip bildlich darzustellen. Dies berichten die Wissenschaftler des Departements Physik und des Swiss Nanoscience Institute der Universität Basel zusammen mit Kollegen der Universität Bochum in «Nature Photonics».

Mikroskope machen Strukturen sichtbar, die dem menschlichen Auge sonst verborgen blieben. Einzelne Moleküle und Atome, die nur Bruchteile eines Nanometers...

Im Focus: Optical Nanoscope Allows Imaging of Quantum Dots

Physicists have developed a technique based on optical microscopy that can be used to create images of atoms on the nanoscale. In particular, the new method allows the imaging of quantum dots in a semiconductor chip. Together with colleagues from the University of Bochum, scientists from the University of Basel’s Department of Physics and the Swiss Nanoscience Institute reported the findings in the journal Nature Photonics.

Microscopes allow us to see structures that are otherwise invisible to the human eye. However, conventional optical microscopes cannot be used to image...

Im Focus: Vollmond-Dreierlei am 31. Januar 2018

Am 31. Januar 2018 fallen zum ersten Mal seit dem 30. Dezember 1982 "Supermond" (ein Vollmond in Erdnähe), "Blutmond" (eine totale Mondfinsternis) und "Blue Moon" (ein zweiter Vollmond im Kalendermonat) zusammen - Beobachter im deutschen Sprachraum verpassen allerdings die sichtbaren Phasen der Mondfinsternis.

Nach den letzten drei Vollmonden am 4. November 2017, 3. Dezember 2017 und 2. Januar 2018 ist auch der bevorstehende Vollmond am 31. Januar 2018 ein...

Im Focus: Maschinelles Lernen im Quantenlabor

Auf dem Weg zum intelligenten Labor präsentieren Physiker der Universitäten Innsbruck und Wien ein lernfähiges Programm, das eigenständig Quantenexperimente entwirft. In ersten Versuchen hat das System selbständig experimentelle Techniken (wieder)entdeckt, die heute in modernen quantenoptischen Labors Standard sind. Dies zeigt, dass Maschinen in Zukunft auch eine kreativ unterstützende Rolle in der Forschung einnehmen könnten.

In unseren Taschen stecken Smartphones, auf den Straßen fahren intelligente Autos, Experimente im Forschungslabor aber werden immer noch ausschließlich von...

Im Focus: Artificial agent designs quantum experiments

On the way to an intelligent laboratory, physicists from Innsbruck and Vienna present an artificial agent that autonomously designs quantum experiments. In initial experiments, the system has independently (re)discovered experimental techniques that are nowadays standard in modern quantum optical laboratories. This shows how machines could play a more creative role in research in the future.

We carry smartphones in our pockets, the streets are dotted with semi-autonomous cars, but in the research laboratory experiments are still being designed by...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

Veranstaltungen

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

23.01.2018 | Veranstaltungen

Gemeinsam innovativ werden

23.01.2018 | Veranstaltungen

Leichtbau zu Ende gedacht – Herausforderung Recycling

23.01.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Lebensrettende Mikrobläschen

23.01.2018 | Biowissenschaften Chemie

3D-Druck von Metallen: Neue Legierung ermöglicht Druck von sicheren Stahl-Produkten

23.01.2018 | Maschinenbau

CHP1-Mutation verursacht zerebelläre Ataxie

23.01.2018 | Biowissenschaften Chemie

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics