Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Das Signalmolekül „zyklisches Adenosinmonophosphat” (cAMP) kann mehr als bislang angenommen

08.08.2013
Feinsteuerung statt Mangelverwaltung: Das Signalmolekül „zyklisches Adenosinmonophosphat” (cAMP) kann mehr als bislang angenommen.

Die Verbindung fungiert in Bakterienzellen nicht nur als Hungersignal, sondern sorgt dafür, dass die Mikroorganismen zu jedem Zeitpunkt genau diejenigen Proteine produzieren, die sie gerade für ihren Stoffwechsel benötigen.

Das hat ein internationales Forscherteam herausgefunden, an dem der Theoretische Physiker Professor Dr. Peter Lenz von der Philipps-Universität beteiligt ist. Die Wissenschaftler berichten über ihre Ergebnisse in der aktuellen Online-Vorschau der Wissenschaftszeitschrift „Nature“.

„Unsere Daten offenbaren überraschende Koppelungen zwischen denjenigen Genen, die für den Stoffabbau verantwortlich sind, und solchen für die Herstellung von Proteinen“, erklärt Koautor Peter Lenz. Dabei ist cAMP eines der am besten untersuchten Signalmoleküle; seit langem ist bekannt, dass es entscheidende Bedeutung für den Kohlenstoffhaushalt hat, insbesondere für die Verfügbarkeit von Zucker. Steht Bakterien wenig von ihrem bevorzugten Zucker Glukose für die direkte energetische Verwertung zur Verfügung, so reichert sich cAMP in der Zelle an und aktiviert Gene, die zur Gewinnung von Glukose führen, etwa aus Laktose – der Zuckermangel hat ein Ende.

„Eigentlich war unser Forschungsverbund angetreten, um aufzuklären, wie Darmbakterien ihren Stickstoff- und Kohlenstoff- Umsatz koordinieren“, berichtet Lenz. Die beteiligten Wissenschaftler untersuchten quantitativ, wie sich verschiedene Wachstumsbedingungen auf Gene auswirken, die für Schlüsselfunktionen des Stoffwechsels zuständig sind.

Dabei stieß das Team auf einen unerwarteten Zusammenhang, der sich auf einen einfachen Nenner bringen lässt: Ist die Versorgung mit Kohlenstoff im Vergleich zu anderen Nährstoffen gut, so sinkt die Menge an Proteinen, die zur Kohlenstoff-Gewinnung gebraucht werden; im gleichen Maß steigt die Konzentration derjenigen Proteine, die für den Stoffwechsel anderer Komponenten wie Phosphor oder Stickstoff, aber auch für das Wachstum der Zelle erforderlich sind.

Diese markante, lineare Beziehung zwischen Genaktivität und Nährstoffversorgung lässt sich durch ein mathematisches Modell erklären. Darin nehmen Aminosäure-Vorstufen wie α-Ketosäuren eine Schlüsselstellung ein, indem sie die Differenz zwischen Stoffabbau und Biosynthese spiegeln. Experimente bestätigen die Vorhersage des Modells, dass α-Ketosäuren die Produktion von cAMP reduzieren, welches seinerseits die Produktion von Stoffwechselenzymen steuert.

Das Molekül erfüllt somit viel weitergehende Aufgaben für das Überleben der Zellen als bislang angenommen. „Quantitative Ansätze führen selbst bei einem so gut charakterisierten Untersuchungsobjekt wie dem cAMP-Signal weiter“, sagt Lenz: „Die Methoden der Systembiologie vermögen auch in diesem Fall, unsere Kenntnisse der physiologischen Funktionen und molekularen Mechanismen zu erweitern.“

Peter Lenz leitet eine Arbeitsgruppe im Fachgebiet „Komplexe Systeme“ des Fachbereichs Physik der Philipps-Universität und ist Mitglied im Marburger „Zentrum für Synthetische Mikrobiologie“. Er kooperierte für die vorliegende Veröffentlichung mit Wissenschaftlern aus den USA und China. Die Arbeit wurde im Rahmen des „Human Frontiers in Science“-Programms (HFSP) finanziell gefördert.

Originalveröffentlichung: Conghui You & al.: Coordination of bacterial proteome with metabolism by cyclic AMP signalling, Nature 2013, doi:10.1038/nature12446

Weitere Informationen:
Ansprechpartner: Professor Dr. Peter Lenz,
Fachgebiet Komplexe Systeme
Tel.: 06421 28-24326
E-Mail: peter.lenz@Physik.Uni-Marburg.de
Internet: http://www.uni-marburg.de/fb13/forschung/komplexe-systeme/gruppe-lenz
Online-Ressourcen:
Medieninformation über Europäischen Verbund zur Biomasseforschung: http://www.uni-marburg.de/aktuelles/news/2013a/0305b

Medieninformation zum HFSP-Verbund: http://www.uni-marburg.de/aktuelles/news/2007/0516

Johannes Scholten | idw
Weitere Informationen:
http://www.uni-marburg.de

Weitere Berichte zu: Adenosinmonophosphat Glukose Physik Protein Signalmolekül Stoffabbau Stoffwechsel Zelle Zucker

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Wie Reize auf dem Weg ins Bewusstsein versickern
22.09.2017 | Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn

nachricht Lebendiges Gewebe aus dem Drucker
22.09.2017 | Universitätsklinikum Freiburg

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: The pyrenoid is a carbon-fixing liquid droplet

Plants and algae use the enzyme Rubisco to fix carbon dioxide, removing it from the atmosphere and converting it into biomass. Algae have figured out a way to increase the efficiency of carbon fixation. They gather most of their Rubisco into a ball-shaped microcompartment called the pyrenoid, which they flood with a high local concentration of carbon dioxide. A team of scientists at Princeton University, the Carnegie Institution for Science, Stanford University and the Max Plank Institute of Biochemistry have unravelled the mysteries of how the pyrenoid is assembled. These insights can help to engineer crops that remove more carbon dioxide from the atmosphere while producing more food.

A warming planet

Im Focus: Hochpräzise Verschaltung in der Hirnrinde

Es ist noch immer weitgehend unbekannt, wie die komplexen neuronalen Netzwerke im Gehirn aufgebaut sind. Insbesondere in der Hirnrinde der Säugetiere, wo Sehen, Denken und Orientierung berechnet werden, sind die Regeln, nach denen die Nervenzellen miteinander verschaltet sind, nur unzureichend erforscht. Wissenschaftler um Moritz Helmstaedter vom Max-Planck-Institut für Hirnforschung in Frankfurt am Main und Helene Schmidt vom Bernstein-Zentrum der Humboldt-Universität in Berlin haben nun in dem Teil der Großhirnrinde, der für die räumliche Orientierung zuständig ist, ein überraschend präzises Verschaltungsmuster der Nervenzellen entdeckt.

Wie die Forscher in Nature berichten (Schmidt et al., 2017. Axonal synapse sorting in medial entorhinal cortex, DOI: 10.1038/nature24005), haben die...

Im Focus: Highly precise wiring in the Cerebral Cortex

Our brains house extremely complex neuronal circuits, whose detailed structures are still largely unknown. This is especially true for the so-called cerebral cortex of mammals, where among other things vision, thoughts or spatial orientation are being computed. Here the rules by which nerve cells are connected to each other are only partly understood. A team of scientists around Moritz Helmstaedter at the Frankfiurt Max Planck Institute for Brain Research and Helene Schmidt (Humboldt University in Berlin) have now discovered a surprisingly precise nerve cell connectivity pattern in the part of the cerebral cortex that is responsible for orienting the individual animal or human in space.

The researchers report online in Nature (Schmidt et al., 2017. Axonal synapse sorting in medial entorhinal cortex, DOI: 10.1038/nature24005) that synapses in...

Im Focus: Tiny lasers from a gallery of whispers

New technique promises tunable laser devices

Whispering gallery mode (WGM) resonators are used to make tiny micro-lasers, sensors, switches, routers and other devices. These tiny structures rely on a...

Im Focus: Wundermaterial Graphen: Gewölbt wie das Polster eines Chesterfield-Sofas

Graphen besitzt extreme Eigenschaften und ist vielseitig verwendbar. Mit einem Trick lassen sich sogar die Spins im Graphen kontrollieren. Dies gelang einem HZB-Team schon vor einiger Zeit: Die Physiker haben dafür eine Lage Graphen auf einem Nickelsubstrat aufgebracht und Goldatome dazwischen eingeschleust. Im Fachblatt 2D Materials zeigen sie nun, warum dies sich derartig stark auf die Spins auswirkt. Graphen kommt so auch als Material für künftige Informationstechnologien infrage, die auf der Verarbeitung von Spins als Informationseinheiten basieren.

Graphen ist wohl die exotischste Form von Kohlenstoff: Alle Atome sind untereinander nur in der Ebene verbunden und bilden ein Netz mit sechseckigen Maschen,...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

11. BusinessForum21-Kongress „Aktives Schadenmanagement"

22.09.2017 | Veranstaltungen

Internationale Konferenz zum Biomining ab Sonntag in Freiberg

22.09.2017 | Veranstaltungen

Die Erde und ihre Bestandteile im Fokus

21.09.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

11. BusinessForum21-Kongress „Aktives Schadenmanagement"

22.09.2017 | Veranstaltungsnachrichten

DFG bewilligt drei neue Forschergruppen und eine neue Klinische Forschergruppe

22.09.2017 | Förderungen Preise

Lebendiges Gewebe aus dem Drucker

22.09.2017 | Biowissenschaften Chemie