Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Von der Ursuppe zum oxidativen Stress

05.10.2010
Ursprüngliche Art der Zellatmung bei säurebildenden Bakterien entdeckt

Die Essigsäure bildenden Bakterien gehören nach Ansicht vieler Forscher zu den ersten Lebewesen auf der Erde. Sie besiedelten den Planeten lange bevor es Sauerstoff zum Atmen gab.

Ihre Energie beziehen die Bakterien aus der Umwandlung von Kohlendioxid, das sie mithilfe von Wasserstoff zu aktivierter Essigsäure reduzieren. Doch an welcher Stelle dieses biochemisch gut erforschten Prozesses wird Energie frei? Frankfurter Biowissenschaftlern ist es gelungen, dieses Rätsel zu lösen.

In der Membran von Acetobacterium woodii fanden sie ein Enzym, das Natrium-Ionen gegen ein Energiegefälle aus der Zelle befördert. Die Natrium-Ionen gelangen über eine „Turbine“ in der Zellmembran (ATP-Synthase) ins Zellinnere zurück. Bei der Passage wird Energie in Form von ATP frei.

„Die Entdeckung dieses neuen Typs von Elektronentransport getriebener Membranpumpe, die Ferredoxin:NAD-Oxidoreduktase, könnte nicht nur ein Archaetyp für heutige Elektronentransportpumpen sein, wie wir sie in Mitochondrien finden“, erklärt Prof. Volker Müller, der die Ergebnisse gemeinsam mit seiner Doktorandin Eva Biegel in der aktuellen Ausgabe der „Proceedings of the National Academy of Sciences“ veröffentlichte. „Diese Pumpe erklärt auch die Lebensweise sehr vieler anderer Mikroorganismen“, so Müller. Es verwundere daher nicht, dass die dafür kodierenden Gene in den Genomen von über 100 verschiedenen Prokaryoten gefunden werden. Viele von ihnen leben in strikter Abwesenheit von Sauerstoff und es ist wahrscheinlich, dass die Ferredoxin:NAD-Oxidoreduktase, kurz Fno, dort ebenfalls zur Energiekonservierung dient.

Fno kommt auch in Bakterien vor, die an der Luft leben. Ihre zelluläre Funktion dort ist noch unverstanden. „Wir gehen davon aus, dass die Turbine dort in die andere Richtung läuft, und die elektrochemische Energie über der Membran nutzt, um Elektronen gegen das Energiegefälle zu pumpen“, vermutet Eva Biegel. Dies ist beispielsweise der Fall bei der Stickstofffixierung oder der Sensierung von oxidativem Stress, beide Funktionen benötigen ebenfalls Fno.

Der biochemische Prozess im Einzelnen: Wasserstoff wird über das Enzym Hydrogenase oxidiert und die Elektronen werden auf das Protein Ferredoxin übertragen. Beide enthalten Eisen und Schwefel, Elemente, die in der Ursuppe zur Genüge vorhanden waren. Das reduzierte Ferredoxin ist der Brennstoff für eine membrangebundene Turbine, die Ferredoxin:NAD-Oxidoreduktase (Fno). Dieses Enzym überträgt, wiederum über Eisen-Schwefel-Zentren, die Elektronen auf den Akzeptor NAD+, und von dort fließen die Elektronen in das Zellinnere zur CO2-Fixierung. Die Fno-Turbine nutzt die Energie der „bergab“, also mit dem Energiegefälle fließenden Elektronen, um Natriumionen aus dem Zellinneren „bergauf“, nach außen zu pumpen. Die Natriumionen fließen dann wieder bergab durch eine andere Turbine, die ATP-Synthase, die die dabei freiwerdende Energie nutzt, um ATP zu generieren.

Publikation: Eva Biegel, Volker Müller: Bacterial Na+-translocating ferredoxin:
NAD+ oxidoreductase, in: PNAS Early Edition

Dr. Anne Hardy | idw
Weitere Informationen:
http://www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.1010318107

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Schnelle individualisierte Therapiewahl durch Sortierung von Biomolekülen und Zellen mit Licht
18.10.2017 | Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT

nachricht Pflanzen können drei Eltern haben
18.10.2017 | Universität Bremen

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: Schnelle individualisierte Therapiewahl durch Sortierung von Biomolekülen und Zellen mit Licht

Im Blut zirkulierende Biomoleküle und Zellen sind Träger diagnostischer Information, deren Analyse hochwirksame, individuelle Therapien ermöglichen. Um diese Information zu erschließen, haben Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnik ILT ein Mikrochip-basiertes Diagnosegerät entwickelt: Der »AnaLighter« analysiert und sortiert klinisch relevante Biomoleküle und Zellen in einer Blutprobe mit Licht. Dadurch können Frühdiagnosen beispielsweise von Tumor- sowie Herz-Kreislauf-Erkrankungen gestellt und patientenindividuelle Therapien eingeleitet werden. Experten des Fraunhofer ILT stellen diese Technologie vom 13.–16. November auf der COMPAMED 2017 in Düsseldorf vor.

Der »AnaLighter« ist ein kompaktes Diagnosegerät zum Sortieren von Zellen und Biomolekülen. Sein technologischer Kern basiert auf einem optisch schaltbaren...

Im Focus: Neue Möglichkeiten für die Immuntherapie beim Lungenkrebs entdeckt

Eine gemeinsame Studie der Universität Bern und des Inselspitals Bern zeigt, dass spezielle Bindegewebszellen, die in normalen Blutgefässen die Wände abdichten, bei Lungenkrebs nicht mehr richtig funktionieren. Zusätzlich unterdrücken sie die immunologische Bekämpfung des Tumors. Die Resultate legen nahe, dass diese Zellen ein neues Ziel für die Immuntherapie gegen Lungenkarzinome sein könnten.

Lungenkarzinome sind die häufigste Krebsform weltweit. Jährlich werden 1.8 Millionen Neudiagnosen gestellt; und 2016 starben 1.6 Millionen Menschen an der...

Im Focus: Sicheres Bezahlen ohne Datenspur

Ob als Smartphone-App für die Fahrkarte im Nahverkehr, als Geldwertkarten für das Schwimmbad oder in Form einer Bonuskarte für den Supermarkt: Für viele gehören „elektronische Geldbörsen“ längst zum Alltag. Doch vielen Kunden ist nicht klar, dass sie mit der Nutzung dieser Angebote weitestgehend auf ihre Privatsphäre verzichten. Am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) entsteht ein sicheres und anonymes System, das gleichzeitig Alltagstauglichkeit verspricht. Es wird nun auf der Konferenz ACM CCS 2017 in den USA vorgestellt.

Es ist vor allem das fehlende Problembewusstsein, das den Informatiker Andy Rupp von der Arbeitsgruppe „Kryptographie und Sicherheit“ am KIT immer wieder...

Im Focus: Neutron star merger directly observed for the first time

University of Maryland researchers contribute to historic detection of gravitational waves and light created by event

On August 17, 2017, at 12:41:04 UTC, scientists made the first direct observation of a merger between two neutron stars--the dense, collapsed cores that remain...

Im Focus: Breaking: the first light from two neutron stars merging

Seven new papers describe the first-ever detection of light from a gravitational wave source. The event, caused by two neutron stars colliding and merging together, was dubbed GW170817 because it sent ripples through space-time that reached Earth on 2017 August 17. Around the world, hundreds of excited astronomers mobilized quickly and were able to observe the event using numerous telescopes, providing a wealth of new data.

Previous detections of gravitational waves have all involved the merger of two black holes, a feat that won the 2017 Nobel Prize in Physics earlier this month....

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Mobilität 4.0: Konferenz an der Jacobs University

18.10.2017 | Veranstaltungen

Smart MES 2017: die Fertigung der Zukunft

18.10.2017 | Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen - Dezember 2017

17.10.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Schnelle individualisierte Therapiewahl durch Sortierung von Biomolekülen und Zellen mit Licht

18.10.2017 | Biowissenschaften Chemie

Biokunststoffe könnten auch in Traktoren die Richtung angeben

18.10.2017 | Messenachrichten

»ILIGHTS«-Studie gestartet: Licht soll Wohlbefinden von Schichtarbeitern verbessern

18.10.2017 | Energie und Elektrotechnik