Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Genomsequenz gibt Einblicke in die Entstehung des Lebens

04.04.2012
Überlebenskünstler wie das Bakterium Acetobakterium woodii sind beliebte Modellorganismen für die Evolution des Essigsäure-Stoffwechsels.
In der Ur-Atmosphäre aus Wasserstoff und Kohlendioxid lernten sie aus der Synthese von Essigsäure Energie zu gewinnen. Die Genom-Analyse des Bakteriums offenbart nun den ausgeklügelten Stoffwechselweg, der zwar wenig, aber doch genug Energie zum Überleben lieferte.

Im Anfang mag die Erde wüst ausgesehen haben, aber leer war sie nicht. In der an Kohlendioxid (CO2) und Wasserstoff reichen Ur-Atmosphäre lernten Bakterien, Energie zu gewinnen, indem sie die beiden Gase zu Essigsäure verstoffwechselten. Davon zeugen heute noch Überlebenskünstler unter extremen Bedingungen wie Acetobacterium woodii, ein beliebter Modellorganismus, wenn es um die Evolution der zellulären Bioenergetik geht. Der Frankfurter Mikrobiologe Prof. Volker Müller hat nun zusammen mit Kollegen aus Göttingen, Marburg und Greifswald das Genom von A. woodii entschlüsselt und die Blaupause des Lebens offengelegt.

„Für Mikrobiologen ist A. woodii ist eine wahre Schatztruhe, in der wir immer wieder neue biochemische Prinzipien entdecken“, erklärt Müller. Was ihn uns seine Kollegen besonders interessiert: Wie synthetisieren acetogene Bakterien wie A. woodii die zelluläre Energiewährung ATP? Den ersten Teil des Rätsels entschlüsselte seine Arbeitsgruppe vor zwei Jahren, als sie ein neues Kraftwerk (Rnf-Komplex) in diesen Bakterien fand. Es wird mit Elektronen aus einem reduzierten Eisen-Schwefel-Protein (Ferredoxin) „gefüttert“. Durch die Genomanalyse wollten Müller und seine Kollegen herausfinden, ob es weitere Kraftwerke gibt und woher das reduzierte Ferredoxin stammt.

Wie die Forscher in der aktuellen Ausgabe von „PLoS ONE“ berichten, war ihr erster überraschender Befund, dass A. woodii tatsächlich Energie nur über den Rnf-Komplex konserviert. Das geschieht, indem durch den Transport von Natrium-Ionen eine elektrische Spannung über der Membran aufgebaut wird, so dass eine ATP-erzeugende Maschine, die ATP-Synthase, angetrieben wird. Man würde erwarten, dass der Stoffwechselsweg darauf ausgerichtet ist, möglichst viel reduziertes Ferredoxin zu erzeugen, um dadurch auch die Ausbeute an ATP zu erhöhen. Thermodynamisch ist diese Reaktion mit Wasserstoff oder NADH2 als Reduktionsmittel aber ungünstig und daher höchst unwahrscheinlich. Die Analyse des Genoms löste nun das Rätsel: A. woodii enthält Gene, die für lösliche Wasserstoff-aktivierende Enzyme kodieren. Sie überwinden die Energiebarriere wahrscheinlich über den Prozeß der sogenannten „Elektronen-Bifurkation“. Dazu wird ein Elektron aus dem Wasserstoff zunächst energetisch „bergab“ auf einen Akzeptor (NAD+) übertragen. Die dabei freiwerdende Energie wird genutzt, um ein weiteres Elektron „bergauf“ auf Ferredoxin zu übertragen, ähnlich wie bei einem Wasserrad.

„Wir konnten zum ersten Mal zeigen, wie in diesem Stoffwechselweg Energie konserviert wird: Mit Ferredoxin als zentralem Spieler, das von Elektronen-bifurkierenden löslichen Enzymen reduziert und durch den Rnf-Komplex oxidiert wird. Natriumionen sind das Salz in dieser Suppe und essentiell für die ATP-Synthese“, erklärt Müller das zentrale Ergebnis seiner Arbeit. Die bei der CO2-Reduktion zu Essigsäure freiwerdende Energie ist extrem gering und A. woodii ein exzellentes Model für Leben unter extremer Energielimitierung. „Unsere Analysen haben ergeben, dass pro Mol gebildetem Acetat nicht mehr als 0.75 Mol ATP gebildet werden. Dies ist nur circa 2 Prozent dessen, was aerobe Bakterien oder Mitochondrien produzieren“, rechnet Müller vor. Das ist wenig, aber ausreichend für einen ersten Prozeß der Energiekonservierung auf unserem Planeten.

Publikation: Poehlein, A., Schmidt, S., Kaster, A.-K., Goenrich, M., Vollmers, J., Thürmer, A., Bertsch, J., Schuchmann, K., Voigt, B., Hecker, M., Daniel, R., Thauer, R.K., Gottschalk, G., Müller, V. (2012). An ancient pathway combining carbon dioxide fixation with the generation and utilization of a sodium ion gradient for ATP synthesis.

PLoS ONE, http://dx.plos.org/10.1371/journal.pone.0033439


Informationen: Prof. Volker Müller, Molekulare Mikrobiologie und Bioenergetik, Campus Riedberg, Tel.: (069) 798-29507; VMueller@bio.uni-frankfurt.de.

Die Goethe-Universität ist eine forschungsstarke Hochschule in der europäischen Finanzmetropole Frankfurt. 1914 von Frankfurter Bürgern gegründet, ist sie heute eine der zehn drittmittelstärksten und größten Universitäten Deutschlands. Am 1. Januar 2008 gewann sie mit der Rückkehr zu ihren historischen Wurzeln als Stiftungsuniversität ein einzigartiges Maß an Eigenständigkeit. Parallel dazu erhält die Universität auch baulich ein neues Gesicht. Rund um das historische Poelzig-Ensemble im Frankfurter Westend entsteht ein neuer Campus, der ästhetische und funktionale Maßstäbe setzt. Die „Science City“ auf dem Riedberg vereint die naturwissenschaftlichen Fachbereiche in unmittelbarer Nachbarschaft zu zwei Max-Planck-Instituten. Mit über 55 Stiftungs- und Stiftungsgastprofessuren nimmt die Goethe-Universität laut Stifterverband eine Führungsrolle ein.
Herausgeber: Der Präsident
Abteilung Marketing und Kommunikation, Postfach 11 19 32,
60054 Frankfurt am Main
Redaktion: Dr. Anne Hardy, Referentin für Wissenschaftskommunikation Telefon (069) 798 – 2 92 28, Telefax (069) 798 - 2 85 30, E-Mail hardy@pvw.uni-frankfurt.de

Dr. Anne Hardy | idw
Weitere Informationen:
http://www.uni-frankfurt.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Wie Viren ihren Lebenszyklus mit begrenzten Mitteln effektiv sicherstellen
20.02.2017 | Universität zu Lübeck

nachricht Zellstoffwechsel begünstigt Tumorwachstum
20.02.2017 | Veterinärmedizinische Universität Wien

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: 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...

Im Focus: Breakthrough with a chain of gold atoms

In the field of nanoscience, an international team of physicists with participants from Konstanz has achieved a breakthrough in understanding heat transport

In the field of nanoscience, an international team of physicists with participants from Konstanz has achieved a breakthrough in understanding heat transport

Im Focus: Hoch wirksamer Malaria-Impfstoff erfolgreich getestet

Tübinger Wissenschaftler erreichen Impfschutz von bis zu 100 Prozent – Lebendimpfstoff unter kontrollierten Bedingungen eingesetzt

Tübinger Wissenschaftler erreichen Impfschutz von bis zu 100 Prozent – Lebendimpfstoff unter kontrollierten Bedingungen eingesetzt

Im Focus: Sensoren mit Adlerblick

Stuttgarter Forscher stellen extrem leistungsfähiges Linsensystem her

Adleraugen sind extrem scharf und sehen sowohl nach vorne, als auch zur Seite gut – Eigenschaften, die man auch beim autonomen Fahren gerne hätte. Physiker der...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Die Welt der keramischen Werkstoffe - 4. März 2017

20.02.2017 | Veranstaltungen

Schwerstverletzungen verstehen und heilen

20.02.2017 | Veranstaltungen

ANIM in Wien mit 1.330 Teilnehmern gestartet

17.02.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Innovative Antikörper für die Tumortherapie

20.02.2017 | Medizin Gesundheit

Multikristalline Siliciumsolarzelle mit 21,9 % Wirkungsgrad – Weltrekord zurück am Fraunhofer ISE

20.02.2017 | Energie und Elektrotechnik

Wie Viren ihren Lebenszyklus mit begrenzten Mitteln effektiv sicherstellen

20.02.2017 | Biowissenschaften Chemie