Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Evolution der Zellkraftwerke

18.05.2016

Das Protein OXA spielt eine wichtige Rolle beim Einbau von Eiweißmolekülen in Mitochondrien

In menschlichen Zellen übernehmen Mitochondrien die Rolle von Kraftwerken. Die freiwerdende Energie treibt den Stoffwechsel der Zellen an. Doch woher stammen diese Kraftwerke und wie werden sie aufgebaut? Freiburger Forscherinnen und Forscher haben untersucht, welche Rolle die so genannte Oxidase Assemblierungsmaschine (OXA) für die Bildung der mitochondrialen Innenmembran und die Energieversorgung von Zellen spielt.


Fluoreszenzmikroskopie des mitochondrialen Netzwerkes (links, grün) und das entsprechende lichtmikroskopische Bild (rechts) einer sich teilenden Hefezelle. Bilder: Nils Wiedemann, Universität Freiburg

Das Team um Dr. Jan Höpker, Dr. Silke Oeljeklaus, Prof. Dr. Nikolaus Pfanner, Dr. Sebastian Stiller, Prof. Dr. Bettina Warscheid und Prof. Dr. Nils Wiedemann hat nachgewiesen, dass dieser Proteinkomplex essentiell für den Einbau bestimmter Proteine, die wichtige Funktionen für die Zellatmung oder andere Vorgänge erfüllen, in die Innenmembran von Mitochondrien ist. Die Forschungsergebnisse wurden in der Fachzeitschrift „Cell Metabolism“ veröffentlicht.

Mitochondrien stammen von einem Bakterium ab und besitzen daher ein eigenes Erbsubstanzmolekül, auf dem der Aufbau einiger Proteine gespeichert ist. Eine OXA verwandte Maschine war schon im bakteriellen Vorläufer der Mitochondrien zu finden und ist in der Evolution erhalten geblieben. OXA baut die Proteine, die gemäß der Erbsubstanz des Mitochondriums gefertigt werden, in dessen innere Membran ein.

Die Erbinformation von 99 Prozent der Proteine, aus denen sich die Mitochondrien zusammensetzen, ist dagegen im Zellkern gespeichert: Die Zelle bildet diese Eiweißmoleküle im Zellwasser, dem Cytosol. Danach importieren die Kanäle TOM, „Translocase of the Outer Membrane“, und TIM, „Translocase of the Inner Membrane“, in der äußeren und der inneren Membran sie in die Mitochondrien. Wie viele dieser importierten Proteine ebenfalls von OXA in die Innenmembran eingebaut werden, war bislang unklar.

Die Freiburger Forscher haben systematisch nach Proteinen gesucht, die OXA nach dem Import über TOM und TIM in die Innenmembran einbaut. Mithilfe von quantitativen massenspektrometrischen Untersuchungen haben die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler mitochondriale Innenmembranproteine identifiziert, die in Zellen ohne OXA in geringerer Menge vorhanden waren. Indem die Forscher den Einbau radioaktiv markierter Proteine in die Innenmembran der Mitochondrien verfolgten, wiesen sie nach, dass OXA dabei nötig ist.

Die importierten OXA-abhängigen Proteine haben wichtige Funktionen, zum Beispiel bei der Zellatmung, dem Austausch von Metallionen, biochemischen Reaktionen und beim Einbau der Proteine, die den Austausch der Stoffwechselprodukte über die Innenmembran ermöglichen.

Sind Einbau oder Funktion dieser Zellatmungsproteine nicht gewährleistet, entstehen mitochondrial bedingte neuromuskuläre Krankheiten oder Krebserkrankungen. Somit ist der in der Evolution erhalten gebliebene OXA-abhängige Einbau der Innenmembranproteine grundlegend wichtig für die Bildung der mitochondrialen Innenmembran und die Energieversorgung menschlicher Zellen.

Nikolaus Pfanner und Nils Wiedemann leiten Arbeitsgruppen am Institut für Biochemie und Molekularbiologie der Universität Freiburg. Sebastian Stiller forscht in Wiedemanns Arbeitsgruppe. Jan Höpker war Mitglied in Pfanners Arbeitsgruppe. Bettina Warscheid ist Professorin am Institut für Biologie II. Silke Oeljeklaus ist Wissenschaftlerin in Warscheids Arbeitsgruppe. Pfanner, Warscheid und Wiedemann sind Mitglieder des Freiburger Exzellenzclusters BIOSS Centre for Biological Signalling Studies und der Spemann Graduate School of Biology and Medicine der Albert-Ludwigs-Universität.

Originalpublikation:
Sebastian B. Stiller, Jan Höpker, Silke Oeljeklaus, Conny Schütze, Sandra G. Schrempp, Jens Vent-Schmidt, Susanne E. Horvath, Ann E. Frazier, Natalia Gebert, Martin van der Laan, Maria Bohnert, Bettina Warscheid, Nikolaus Pfanner, Nils Wiedemann (2016): Mitochondrial OXA Translocase Plays a Major Role in Biogenesis of Inner-Membrane Proteins. Cell Metabolism, DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.cmet.2016.04.005.

Kontakt:
Prof. Dr. Nils Wiedemann
Institut für Biochemie und Molekularbiologie
Albert-Ludwigs-Universität Freiburg
Tel.: 0761/203-5280
E-Mail: nils.wiedemann@biochemie.uni-freiburg.de

Rudolf-Werner Dreier | idw - Informationsdienst Wissenschaft
Weitere Informationen:
http://www.uni-freiburg.de/

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Wundheilung detailliert aufgeschlüsselt
03.06.2020 | Eidgenössische Technische Hochschule Zürich (ETH Zürich)

nachricht Ein einzelnes Gen bestimmt das Geschlecht von Pappeln
03.06.2020 | Johann Heinrich von Thünen-Institut, Bundesforschungsinstitut für Ländliche Räume, Wald und Fischerei

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: Magnetische Kristallschichten für den Computer von Morgen

Ist die Elektronik, so wie wir sie kennen, am Ende?

Der Einsatz moderner elektronischer Schaltkreise für immer leistungsfähigere Rechentechnik und mobile Endgeräte stößt durch die zunehmende Miniaturisierung in...

Im Focus: K-State study reveals asymmetry in spin directions of galaxies

Research also suggests the early universe could have been spinning

An analysis of more than 200,000 spiral galaxies has revealed unexpected links between spin directions of galaxies, and the structure formed by these links...

Im Focus: Neue Messung verschärft altes Problem

Seit Jahrzehnten rätseln Astrophysiker über zwei markante Röntgen-Emissionslinien von hochgeladenem Eisen: ihr gemessenes Helligkeitsverhältnis stimmt nicht mit dem berechneten überein. Das beeinträchtigt die Bestimmung der Temperatur und Dichte von Plasmen. Neue sorgfältige, hoch-präzise Messungen und Berechnungen mit modernsten Methoden schließen nun alle bisher vorgeschlagenen Erklärungen für diese Diskrepanz aus und verschärfen damit das Problem.

Heiße astrophysikalische Plasmen erfüllen den intergalaktischen Raum und leuchten hell in Sternatmosphären, aktiven Galaxienkernen und Supernova-Überresten....

Im Focus: New measurement exacerbates old problem

Two prominent X-ray emission lines of highly charged iron have puzzled astrophysicists for decades: their measured and calculated brightness ratios always disagree. This hinders good determinations of plasma temperatures and densities. New, careful high-precision measurements, together with top-level calculations now exclude all hitherto proposed explanations for this discrepancy, and thus deepen the problem.

Hot astrophysical plasmas fill the intergalactic space, and brightly shine in stellar coronae, active galactic nuclei, and supernova remnants. They contain...

Im Focus: Neuartiges Covid-19-Schnelltestverfahren auf Basis innovativer DNA-Polymerasen entwickelt

Eine Forschungskooperation der Universität Konstanz unter Federführung von Professor Dr. Christof Hauck (Fachbereich Biologie) mit Beteiligung des Klinikum Konstanz, eines Konstanzer Diagnostiklabors und des Konstanzer Unternehmens myPOLS Biotec, einer Ausgründung aus der Arbeitsgruppe für Organische Chemie / Zelluläre Chemie der Universität Konstanz, hat ein neuartiges Covid-19-Schnelltestverfahren entwickelt. Dieser Test ermöglicht es, Ergebnisse in der Hälfte der Zeit zu ermitteln – im Vergleich zur klassischen Polymerase-Ketten-Reaktion (PCR).

Die frühe Identifikation von Patienten, die mit dem neuartigen Coronavirus (SARS-CoV-2) infiziert sind, ist zentrale Voraussetzung bei der globalen Bewältigung...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Gebäudewärme mit "grünem" Wasserstoff oder "grünem" Strom?

26.05.2020 | Veranstaltungen

Dresden Nexus Conference 2020 - Gleicher Termin, virtuelles Format, Anmeldung geöffnet

19.05.2020 | Veranstaltungen

Urban Transport Conference 2020 in digitaler Form

18.05.2020 | Veranstaltungen

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

Magnetische Kristallschichten für den Computer von Morgen

03.06.2020 | Informationstechnologie

Wundheilung detailliert aufgeschlüsselt

03.06.2020 | Biowissenschaften Chemie

Ein einzelnes Gen bestimmt das Geschlecht von Pappeln

03.06.2020 | Biowissenschaften Chemie

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