Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Optimiertes Hämoglobin von Mensch und Schnabeltier

10.07.2012
Neutronen zeigen, wie sich das sauerstofftransportierende Protein an die Körpertemperatur verschiedener Arten anpasst

Für den gesunden menschlichen Organismus sind etwa 37 Grad Celsius ideal, Schnabeltiere kommen dagegen schon bei 33 Grad gut zurecht. Jülicher Neutronenforscher haben zusammen mit französischen und australischen Kollegen herausgefunden, wie sich das Hämoglobin von verschiedenen Arten im Laufe der Evolution an die unterschiedlichen Körpertemperaturen angepasst hat. Es ist so beschaffen, dass es den Sauerstoff bei der jeweiligen Temperatur optimal von der Lunge in die Zellen transportieren kann.


Struktur des Hühner-Hämoglobins: Die vier grau, gelb, blau und rot markierten Untereinheiten im Inneren, an denen die Sauerstoffbindung stattfindet, sind je nach Spezies aus verschiedenen Aminosäuren zusammengesetzt und bestimmen so die temperaturabhängige Elastizität des gesamten Moleküls.
Forschungszentrum Jülich

Die Forscher haben das Hämoglobin mehrerer Arten untersucht, darunter: ein Schnabeltier, das die niedrigste Körpertemperatur der ausgewählten Wirbeltiere aufweist (33 °C), ein Vogel, das gewöhnliche Huhn, mit einer sehr hohen Körpertemperatur von 42,8 °C, sowie ein wechselwarmes Krokodil (25-34 °C).

Damit die Sauerstoffmoleküle die vier Eisenatome des Hämoglobins erreichen können, faltet sich das Hämoglobin teilweise auf und wird hinreichend flexibel, ohne dass seine strukturelle Integrität gefährdet wird. Bereits durch frühere Forschungsarbeiten war bekannt, dass die Elastizität der Hämoglobine von verschiedenen Spezies an die unterschiedlichen Körpertemperaturen angepasst ist. Doch welcher temperaturempfindliche Teil des Hämoglobins diese evolutionäre Anpassung bewirkt hat, blieb bisher offen.

Der Schlüssel zu diesem Rätsel, beschrieben im Journal of the Royal Society Interface, sind chemische Unterschiede zwischen den verschiedenen Hämoglobinen. Während sich alle aus Aminosäuren zusammensetzen, variieren die Arten der Aminosäuren und ihre Reihenfolge. Die Forschung konzentrierte sich auf Aminosäuren zwischen kleinen Löchern des Hämoglobins, Höhlen genannt, von denen bekannt ist, dass sie bei der Regulierung der Sauerstoffabsorption eine Rolle spielen. Die Variation dieser Aminosäuren beeinflusst direkt die Steifigkeit des gesamten Proteins und wurde von der Evolution so ausgewählt, dass die Leistungsfähigkeit bei der Körpertemperatur jeder einzelnen Art optimiert wird.

„Wir haben eine direkte Korrelation zwischen der Flexibilität dieser Proteine und der mittleren Körpertemperatur der verschiedenen Arten, in denen sie wirken, festgestellt“, erläutert Dr. Andreas Stadler vom Forschungszentrum Jülich. „Hämoglobin arbeitet als hochsensibles molekulares Thermometer für die Körpertemperatur. Unsere Ergebnisse könnten insbesondere für die Forschung an roten Blutkörperchen in Biologie, Bio-Engineering und Biomedizin von Interesse sein, da sie erklären, wie die Evolution die lebenswichtige Rolle von Hämoglobin in den verschiedenen Arten optimiert hat.“

Die Flexibilität und Steifigkeit der verschiedenen Hämoglobine wurden mit Neutronenstreu-Experimenten am FRM II in Garching und am ILL in Grenoble, zwei der weltweit intensivsten Neutronenquellen, gemessen. Neutronenstreuung wurde gewählt, weil mit dieser Methode die Bewegung innerhalb komplexer Strukturen exakt gemessen werden kann, ohne die für Strahlung sehr empfindlichen Proben zu zerstören. Um herauszufinden, welche Aminosäuren für die Variation der Steifigkeit verantwortlich sind, führte die Forschergruppe ergänzende Computersimulationen am CNRS in Paris durch.

Originalpublikation:
A. M. Stadler, C. J. Garvey, A. Bocahut, S. Sacquin-Mora, I. Digel, G. J. Schneider, F. Natali, G. M. Artmann, and G. Zaccai
Thermal fluctuations of haemoglobin from different species: adaptation to temperature via conformational dynamics
J R Soc Interface 2012 (Vorveröffentlichung online, 13. Juni 2012)
DOI: 10.1098/rsif.2012.0364
Abstract:
http://rsif.royalsocietypublishing.org/content/early/2012/06/07/rsif.2012.0364.
abstract?sid=e5bbea85-2677-427c-8568-1650e4ed085c
Weitere Informationen:
Institute of Complex Systems & Jülich Centre for Neutron Science, Bereich Neutronenstreuung (ICS-1 / JCNS-1):

http://www.fz-juelich.de/ics/ics-1/DE/Home/home_node.html

Pressemitteilung „Neutronen erklären, wie die Evolution von Hämoglobin dem Schnabeltier atmen hilft“ des Instituts Laue-Langevin (ILL) vom 20. Juni 2012: http://www.ill.eu/de/news-events/press-room/presseinformationen/13062012/

Ansprechpartner:
Dr. Andreas Stadler
Tel. 02461 61-4759
a.stadler@fz-juelich.de
Pressekontakt:
Tobias Schlößer
Tel. 02461 61-4771
t.schloesser@fz-juelich.de

Annette Stettien | Forschungszentrum Jülich
Weitere Informationen:
http://www.fz-juelich.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Neuer Impfstoff-Kandidat gegen Malaria erfolgreich in erster klinischer Studie untersucht
25.04.2018 | Universitätsklinikum Heidelberg

nachricht Demographie beeinflusst Brutfürsorge bei Regenpfeifern
25.04.2018 | Max-Planck-Institut für Ornithologie

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: Fraunhofer ISE und teamtechnik bringen leitfähiges Kleben für Siliciumsolarzellen zu Industriereife

Das Kleben der Zellverbinder von Hocheffizienz-Solarzellen im industriellen Maßstab ist laut dem Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE und dem Anlagenhersteller teamtechnik marktreif. Als Ergebnis des gemeinsamen Forschungsprojekts »KleVer« ist die Klebetechnologie inzwischen so weit ausgereift, dass sie als alternative Verschaltungstechnologie zum weit verbreiteten Weichlöten angewendet werden kann. Durch die im Vergleich zum Löten wesentlich niedrigeren Prozesstemperaturen können vor allem temperatursensitive Hocheffizienzzellen schonend und materialsparend verschaltet werden.

Dabei ist der Durchsatz in der industriellen Produktion nur geringfügig niedriger als beim Verlöten der Zellen. Die Zuverlässigkeit der Klebeverbindung wurde...

Im Focus: BAM@Hannover Messe: Innovatives 3D-Druckverfahren für die Raumfahrt

Auf der Hannover Messe 2018 präsentiert die Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM), wie Astronauten in Zukunft Werkzeug oder Ersatzteile per 3D-Druck in der Schwerelosigkeit selbst herstellen können. So können Gewicht und damit auch Transportkosten für Weltraummissionen deutlich reduziert werden. Besucherinnen und Besucher können das innovative additive Fertigungsverfahren auf der Messe live erleben.

Pulverbasierte additive Fertigung unter Schwerelosigkeit heißt das Projekt, bei dem ein Bauteil durch Aufbringen von Pulverschichten und selektivem...

Im Focus: BAM@Hannover Messe: innovative 3D printing method for space flight

At the Hannover Messe 2018, the Bundesanstalt für Materialforschung und-prüfung (BAM) will show how, in the future, astronauts could produce their own tools or spare parts in zero gravity using 3D printing. This will reduce, weight and transport costs for space missions. Visitors can experience the innovative additive manufacturing process live at the fair.

Powder-based additive manufacturing in zero gravity is the name of the project in which a component is produced by applying metallic powder layers and then...

Im Focus: IWS-Ingenieure formen moderne Alu-Bauteile für zukünftige Flugzeuge

Mit Unterdruck zum Leichtbau-Flugzeug

Ingenieure des Fraunhofer-Instituts für Werkstoff- und Strahltechnik (IWS) in Dresden haben in Kooperation mit Industriepartnern ein innovatives Verfahren...

Im Focus: Moleküle brillant beleuchtet

Physiker des Labors für Attosekundenphysik, der Ludwig-Maximilians-Universität und des Max-Planck-Instituts für Quantenoptik haben eine leistungsstarke Lichtquelle entwickelt, die ultrakurze Pulse über einen Großteil des mittleren Infrarot-Wellenlängenbereichs generiert. Die Wissenschaftler versprechen sich von dieser Technologie eine Vielzahl von Anwendungen, unter anderem im Bereich der Krebsfrüherkennung.

Moleküle sind die Grundelemente des Lebens. Auch wir Menschen bestehen aus ihnen. Sie steuern unseren Biorhythmus, zeigen aber auch an, wenn dieser erkrankt...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

infernum-Tag 2018: Digitalisierung und Nachhaltigkeit

24.04.2018 | Veranstaltungen

Fraunhofer eröffnet Community zur Entwicklung von Anwendungen und Technologien für die Industrie 4.0

23.04.2018 | Veranstaltungen

Mars Sample Return – Wann kommen die ersten Gesteinsproben vom Roten Planeten?

23.04.2018 | Veranstaltungen

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

Neuer Impfstoff-Kandidat gegen Malaria erfolgreich in erster klinischer Studie untersucht

25.04.2018 | Biowissenschaften Chemie

Erkheimer Ökohaus-Pionier eröffnet neues Musterhaus „Heimat 4.0“

25.04.2018 | Architektur Bauwesen

Fraunhofer ISE und teamtechnik bringen leitfähiges Kleben für Siliciumsolarzellen zu Industriereife

25.04.2018 | Energie und Elektrotechnik

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