Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Faszinierende Einblicke in den "Maschinenraum" der Proteinfabrik

05.11.2013
Wer treibt bei komplexen Arbeitsabläufen eigentlich wen an? Diese Frage stellt sich auch in den Proteinfabriken der Zelle – den Ribosomen.

Computersimulationen eines Forscherteams aus Göttingen, Jülich und Düsseldorf haben erstmals mit atomarer Genauigkeit gezeigt, welche Mechanismen und Kräfte im Ribosom am Werk sind. Ihre Experimente machten das "Hebel- und Räderwerk" sichtbar, das die Bewegungen des Ribosoms kontrolliert und koordiniert. (Nature Structural & Molecular Biology, 3. November 2013, DOI: 10.1038/nsmb.2690)


Transfer-RNA (tRNA)-Moleküle am Ende ihrer Wanderung durch das Ribosom (oranges Bändermodell). Die grüne tRNA befindet sich bereits am Ausgang des Ribosoms, die blaue tRNA sitzt in der mittleren Position, an der es seine Aminosäure abgibt. Quelle: Forschungszentrum Jülich

Ribosomen sind molekulare Hochleistungsmaschinen. Sie fertigen nach den in der DNA codierten Bauplänen Proteine – die universellen Werkzeuge aller Zellen. Proteine empfangen und übermitteln Signale, transportieren zelluläre Fracht oder sorgen für Wachstum und Bewegung. Für die Proteinproduktion muss zunächst eine Arbeitskopie der DNA erzeugt werden – die sogenannte Boten-RNA. Wie ein Fließband wird die Boten-RNA durch das Ribosom hindurchgeschleust. Dabei wird es in Schritten von jeweils drei Nukleinsäurebasen abgetastet. Die Tripletts werden wiederum von den passenden Aminosäure-Transportern, sogenannten Transfer-RNAs oder kurz tRNAs, abgelesen, die eine bestimmte Aminosäure binden. Die Aminosäuren werden nacheinander zu einer Kette zusammengesetzt und ergeben schließlich ein neues Proteinmolekül.

Wissenschaftlern vom Göttinger Max-Planck-Institut für biophysikalische Chemie war es vor Kurzem gelungen, hoch aufgelöste Momentaufnahmen dieses Prozesses mit einem Elektronenmikroskop aufzunehmen. Ihre 50 Strukturen des Ribosoms in verschiedenen Zuständen der Proteinsynthese zeigen, welchen Weg die tRNAs während der Proteinproduktion durch das Ribosom nehmen und wo sie andocken. Ein Forscherteam aus Göttingen, Jülich und Düsseldorf hat mit Computersimulationen die einzelnen Schnappschüsse jetzt in eine zeitliche Reihenfolge gebracht und untersucht, wie sich die tRNA-Moleküle auf ihrem Weg durch das Ribosom bewegen und welche molekularen Kräfte dabei wirken.

Gunnar Schröder, Leiter einer Nachwuchsgruppe am Forschungszentrum Jülich und Juniorprofessor an der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf, erklärt: "Damit haben wir es erstmals geschafft, aus einzelnen Elektronenmikroskopie-Aufnahmen mithilfe von Computersimulationen einen vollständigen Bewegungsablauf im Ribosom zusammenzusetzen." Schröder hat aus den früheren elektronenmikroskopischen Aufnahmen die atomaren Modelle erstellt, auf denen die aktuellen Computersimulationen basieren. Helmut Grubmüller, Direktor am Max-Planck-Institut für biophysikalische Chemie in Göttingen, betont: "Nun sehen wir nicht nur, welche Prozesse im Inneren der Proteinfabrik ablaufen, sondern auch, durch welche Kräfte diese Prozesse angetrieben werden." Das Ergebnis dieser Arbeit ist eine "Filmsequenz" – direkt aus dem "Maschinenraum" der Proteinfabrik.

Die neuen detaillierten Einblicke des Forscherteams in den "Maschinenraum" der Ribosomen sind auch für die Medizin von Bedeutung. Bestimmte Antibiotika bekämpfen Krankheitserreger deshalb so wirksam, weil sich Ribosomen von Bakterien und höheren Organismen in wichtigen Details unterscheiden. Solche Antibiotika hemmen nur die bakterielle Proteinfabrik; die Ribosomen höherer Zellen dagegen bleiben verschont. Um zukünftig neue Antibiotika entwickeln zu können, ist ein genaues Verständnis der Struktur und Funktion des Ribosoms eine unerlässliche Grundlage.

Filmsequenz: Der "Maschinenraum" der Proteinfabrik
siehe unter:
http://www.fz-juelich.de/SharedDocs/Pressemitteilungen/UK/DE/2013/13-11-05-Proteinfabrik.html
Transfer-RNA (tRNA)-Moleküle (grün und blau) auf ihrem Weg durch das Ribosom (orange). In der Arbeit wurden insgesamt 25 solcher Strukturen mit atomarer Genauigkeit bestimmt und anschließend mithilfe von Molekulardynamiksimulationen zu einem kompletten Bewegungsablauf zusammengesetzt. Quelle: Forschungszentrum Jülich

Kein Flash-Plugin vorhanden
Originalpublikation:
Lars V Bock, Christian Blau, Gunnar F Schröder, Iakov I Davydov, Niels Fischer, Holger Stark, Marina V Rodnina, Andrea C Vaiana & Helmut Grubmüller
Energy barriers and driving forces in tRNA translocation through the ribosome
Nature Structural & Molecular Biology (published online 3 Mevmeber 2013), DOI: 10.1038/nsmb.2690

Abstract: http://www.nature.com/nsmb/journal/vaop/ncurrent/full/nsmb.2690.html

Weitere Informationen:

Pressemitteilung der Universität Düsseldorf
http://www.uni-duesseldorf.de/home/startseite/news-detailansicht/article/faszinierende-einblicke-in-den-maschinenraum-der-proteinfabrik.html
Institute of Complex Systems, Strukturbiochemie (ICS-6)
http://www.fz-juelich.de/ics/ics-6/DE/Home/home_node.html
Nachwuchsgruppe Computational Structural Biology Group
http://www.schroderlab.org/
Ansprechpartner:
Jun.-Prof. Dr. Gunnar Schröder
Institute of Complex Systems (ICS-6)
Tel. 02461-61-3259
gu.schroeder@fz-juelich.de
Pressekontakt:
Tobias Schlößer
Forschungszentrum Jülich
Tel. 02461 61-4771
t.schloesser@fz-juelich.de
Dr. Carmen Rotte
Max-Planck-Institut für biophysikalische Chemie
Tel. 0551 201-1304
carmen.rotte@mpibpc.mpg.de

Tobias Schlößer | Forschungszentrum Jülich GmbH
Weitere Informationen:
http://www.fz-juelich.de
http://www.fz-juelich.de/SharedDocs/Pressemitteilungen/UK/DE/2013/13-11-05-Proteinfabrik.html

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht 'Fix Me Another Marguerite!'
23.06.2017 | Universität Regensburg

nachricht Schimpansen belohnen Gefälligkeiten
23.06.2017 | Max-Planck-Institut für Mathematik in den Naturwissenschaften (MPIMIS)

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: Can we see monkeys from space? Emerging technologies to map biodiversity

An international team of scientists has proposed a new multi-disciplinary approach in which an array of new technologies will allow us to map biodiversity and the risks that wildlife is facing at the scale of whole landscapes. The findings are published in Nature Ecology and Evolution. This international research is led by the Kunming Institute of Zoology from China, University of East Anglia, University of Leicester and the Leibniz Institute for Zoo and Wildlife Research.

Using a combination of satellite and ground data, the team proposes that it is now possible to map biodiversity with an accuracy that has not been previously...

Im Focus: Klima-Satellit: Mit robuster Lasertechnik Methan auf der Spur

Hitzewellen in der Arktis, längere Vegetationsperioden in Europa, schwere Überschwemmungen in Westafrika – mit Hilfe des deutsch-französischen Satelliten MERLIN wollen Wissenschaftler ab 2021 die Emissionen des Treibhausgases Methan auf der Erde erforschen. Möglich macht das ein neues robustes Lasersystem des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnologie ILT in Aachen, das eine bisher unerreichte Messgenauigkeit erzielt.

Methan entsteht unter anderem bei Fäulnisprozessen. Es ist 25-mal wirksamer als das klimaschädliche Kohlendioxid, kommt in der Erdatmosphäre aber lange nicht...

Im Focus: Climate satellite: Tracking methane with robust laser technology

Heatwaves in the Arctic, longer periods of vegetation in Europe, severe floods in West Africa – starting in 2021, scientists want to explore the emissions of the greenhouse gas methane with the German-French satellite MERLIN. This is made possible by a new robust laser system of the Fraunhofer Institute for Laser Technology ILT in Aachen, which achieves unprecedented measurement accuracy.

Methane is primarily the result of the decomposition of organic matter. The gas has a 25 times greater warming potential than carbon dioxide, but is not as...

Im Focus: How protons move through a fuel cell

Hydrogen is regarded as the energy source of the future: It is produced with solar power and can be used to generate heat and electricity in fuel cells. Empa researchers have now succeeded in decoding the movement of hydrogen ions in crystals – a key step towards more efficient energy conversion in the hydrogen industry of tomorrow.

As charge carriers, electrons and ions play the leading role in electrochemical energy storage devices and converters such as batteries and fuel cells. Proton...

Im Focus: Die Schweiz in Pole-Position in der neuen ESA-Mission

Die Europäische Weltraumagentur ESA gab heute grünes Licht für die industrielle Produktion von PLATO, der grössten europäischen wissenschaftlichen Mission zu Exoplaneten. Partner dieser Mission sind die Universitäten Bern und Genf.

Die Europäische Weltraumagentur ESA lanciert heute PLATO (PLAnetary Transits and Oscillation of stars), die grösste europäische wissenschaftliche Mission zur...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Von Batterieforschung bis Optoelektronik

23.06.2017 | Veranstaltungen

10. HDT-Tagung: Elektrische Antriebstechnologie für Hybrid- und Elektrofahrzeuge

22.06.2017 | Veranstaltungen

„Fit für die Industrie 4.0“ – Tagung von Hochschule Darmstadt und Schader-Stiftung am 27. Juni

22.06.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Radioaktive Elemente in Cassiopeia A liefern Hinweise auf Neutrinos als Ursache der Supernova-Explosion

23.06.2017 | Physik Astronomie

Dünenökosysteme modellieren

23.06.2017 | Ökologie Umwelt- Naturschutz

Makro-Mikrowelle macht Leichtbau für Luft- und Raumfahrt effizienter

23.06.2017 | Materialwissenschaften