Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Wie ein Kraftwerk gebaut wird - Energieversorgung in Zellen

21.12.2012
Forscher der Universitätsmedizin Göttingen haben einen Proteinkomplex identifiziert. Er wird in den Mitochondrien, den Kraftwerken unserer Zellen, für den Zusammenbau der Atmungskettenkomplexe benötigt. Veröffentlichung in CELL.

Schon ein kleiner Störfall in den Energie-Kraftwerken unserer Zellen, den Mitochondrien, macht krank. Jeder Defekt, der die Ausbildung eines reibungslosen Betriebsablaufs stört, führt zu schweren, häufig tödlichen Herz- und Nervenerkrankungen beim Menschen. Doch bisher fehlt in vielen Fällen das Wissen darüber, was genau die Ursache dafür ist.


Mitochondrien-Netzwerk in einer menschlichen Zelle. Immunfluoreszenz-mikroskopische Aufnahme.
Aufnahme: in Zusammenarbeit mit Prof. Dr. Stefan Jakobs, Max-Planck-Institut für biophysikalische Chemie, Abteilung für NanoBiophotonik, Göttingen/umg, Prof. Dr. Peter Rehling

Grundlagenforscher der Universitätsmedizin Göttingen konnten jetzt einen entscheidenden Schritt im komplizierten Betriebsablauf der zellulären Kraftwerke klären. Das Team um den Biochemiker Prof. Dr. Peter Rehling, Direktor der Abteilung Biochemie II an der Universitätsmedizin Göttingen, hat einen bisher nicht bekannten Proteinkomplex in der Membran der Mitochondrien identifiziert. Damit ist es jetzt zum ersten Mal möglich, Vorgänge zu verstehen, die für den Aufbau funktioneller Atmungskettenkomplexe in den Kraftwerken der Zellen bedeutsam sind. Die Ergebnisse aus der Grundlagenforschung wurden am 21. Dezember 2012 in der renommierten Fachzeitschrift „CELL“ veröffentlicht.

ORIGINALPUBLIKATION: MITRAC Links Mitochondrial Protein Translocation to Respiratory-Chain Assembly and Translational Regulation. David U. Mick, Sven Dennerlein, Heike Wiese, Robert Reinhold, David Pacheu-Grau, Isotta Lorenzi, Florin Sasarman, Woranontee Weraarpachai, Eric A. Shoubridge, Bettina Warscheid, and Peter Rehling Cell 151

„Es ist ein zentrales Anliegen unserer Arbeitsgruppe, die Prozesse zu verstehen, wie die Kraftwerke in unseren Zellen und besonders die Atmungskette zusammengebaut werden. Unser Ziel ist es, die Grundlagen für mitochondriale Erkrankungen untersuchen zu können“, sagt Prof. Dr. Peter Rehling, Senior-Autor der Publikation. Seine Forschergruppe "Mitochondrien-Biogenese und Assemblierung von Membranprotein-Komplexen" arbeitet dabei eng mit dem Max-Planck-Institut für biophysikalische Chemie in Göttingen zusammen. In der aktuellen Publikation sind die Forscher intensiv der Frage nachgegangen, wie die Atmungskettenkomplexe zusammengesetzt werden. Dazu müssen Proteine, die in Mitochondrien hergestellt werden, und Proteine, die von außen importiert werden, zusammengebracht wer-den. Wie geschieht dies? Dieses Phänomen ist seit langem unverstanden.

Bekannt ist: Die Mitochondrien stammen in ihrer evolutionären Herkunft von Bakterien ab. Den Großteil ihrer genetischen Informationen haben sie im Laufe von Millionen Jahren an den Zellkern verloren. Die meisten Proteine, die in unseren Kraftwerken ihren Dienst tun, müssen daher in die Mitochondrien hinein transportiert werden. Aber Mitochondrien besitzen auch noch eigenes Erbmaterial. Sie sind in der Lage, einen sehr kleinen Satz von 13 essentiellen Proteinen selbst zu synthetisieren. Diese Proteine sind die Kernproteine der Atmungskettenkomplexe.

ERGEBNIS: PROTEINKOMPLEX „MITRAC“ HILFT BEIM ZUSAMMENBAU
Wie nun genau passiert der notwendige Zusammenbau von eigenen und externen Proteinen in den Mitochondrien? Dies konnten Prof. Rehling und sein Forscherteam für den Komplex IV, einen von insgesamt vier Funktionsmodulen der Atmungskette klären: Der neuentdeckte Proteinkomplex „MITRAC“ erfüllt die zentrale Funktion beim Zusammenbau des Komplexes IV der Atmungskette. Die Forscher konnten zeigen, dass an dieser Stelle importierte Proteine und Proteine, die in den Mitochondrien selbst gebildet werden, zusammengeführt werden. Gleichzeitig regulieren Proteinbestandteile des MITRAC-Komplexes die Neusynthese von Proteinen in den Mitochondrien. Diese Kopplung schützt die Mitochondrien davor, mehr Proteine zu bilden als sie brauchen. Als Bestandteile des MITRAC-Komplexes konnten sie zudem mehrere Proteine identifizieren, die ursächlich für schwere Erkrankungen des Menschen verantwortlich gemacht werden. Die Untersuchung der Arbeitsgruppe weist diesen Proteinen nun erstmalig eine klare Funktion in der Biogenese der Atmungskette zu – und zwar genau im Komplex IV. Die Ergebnisse der Forscher beantworten zentrale Fragen der Grundlagenforschung, die seit vielen Jahren unverstanden sind, und liefern damit wichtige neue Erkenntnisse für das Verständnis von schweren Erkrankungen des Herz- und Nervensystems. „In der Zukunft“, so Prof. Rehling, „werden wir nun weiter der Frage nachgehen, wie der Zusammenbau von kern- und mitochondrial kodierten Proteinen in einen funktionellen Atmunskettenkomplex IV reguliert wird. Und wir hoffen unsere Erkenntnisse auch auf weitere Komplexe der Atmungskette ausdehnen zu können.“
Mitochondrien – wie die Kraftwerke in unseren Zellen funktionieren
In allen unseren Zellen zahlen wir für Arbeit, die geleistet wird, mit einer allgemein-gültigen Energiewährung: ATP, kurz für „Adenosintriphosphat“. Hergestellt wird dieser universelle Energieträger ATP in den Kraftwerken unserer Zellen, den Mitochondrien. Die Energie aus der Nahrung wird in den Mitochondrien dazu benutzt, wie bei einer Batterie ein elektrochemisches Potential über einer Membran zu erzeugen. Dieses Spannungspotential treibt einen Proteinkomplex an, der das ATP für die Zelle herstellt. Zur Erzeugung des elektrochemischen Gradienten sind Multiproteinkomplexe in der inneren Membran der Mitochondrien zuständig. Sie transportieren Elektronen, die aus der Nahrung stammen und übertragen diese schließlich auf Sauerstoff. Bei diesem Prozess werden 95 Prozent des Sauerstoffs, den wir täglich einatmen, verbraucht. Daher werden die insgesamt vier Proteinkomplexe, die bei der ATP-Gewinnung beteiligt sind, als „Atmungskette“ bezeichnet. Der letzte und vierte Komplex der Atmungskette ist derjenige, der aus Sauerstoff Wasser bildet.
WEITERE INFORMATIONEN
Universitätsmedizin Göttingen – Georg-August-Universität
Abteilung Biochemie II
Herzzentrum Universitätsmedizin Göttingen
Forschungsgruppe „Mitochondrien-Biogenese und Assemblierung von Membranprotein-Komplexen“ – assoziiert mit MPI für biophysikalische Chemie
Prof. Dr. Peter Rehling, Telefon 0551 / 39-5947
Humboldtallee 23, 37073 Göttingen
Peter.Rehling@medizin.uni-goettingen.de
http://www.mpibpc.mpg.de/33380/rehling

Stefan Weller | Uni Göttingen
Weitere Informationen:
http://www.medizin.uni-goettingen.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Anomale Kristalle: ein Schlüssel zu atomaren Strukturen von Schmelzen im Erdinneren
16.11.2018 | Universität Bayreuth

nachricht Günstiger Katalysator für das CO2-Recycling
16.11.2018 | Ruhr-Universität Bochum

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: Rasende Elektronen unter Kontrolle

Die Elektronik zukünftig über Lichtwellen kontrollieren statt Spannungssignalen: Das ist das Ziel von Physikern weltweit. Der Vorteil: Elektromagnetische Wellen des Licht schwingen mit Petahertz-Frequenz. Damit könnten zukünftige Computer eine Million Mal schneller sein als die heutige Generation. Wissenschaftler der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) sind diesem Ziel nun einen Schritt nähergekommen: Ihnen ist es gelungen, Elektronen in Graphen mit ultrakurzen Laserpulsen präzise zu steuern.

Eine Stromregelung in der Elektronik, die millionenfach schneller ist als heutzutage: Davon träumen viele. Schließlich ist die Stromregelung eine der...

Im Focus: UNH scientists help provide first-ever views of elusive energy explosion

Researchers at the University of New Hampshire have captured a difficult-to-view singular event involving "magnetic reconnection"--the process by which sparse particles and energy around Earth collide producing a quick but mighty explosion--in the Earth's magnetotail, the magnetic environment that trails behind the planet.

Magnetic reconnection has remained a bit of a mystery to scientists. They know it exists and have documented the effects that the energy explosions can...

Im Focus: Eine kalte Supererde in unserer Nachbarschaft

Der sechs Lichtjahre entfernte Barnards Stern beherbergt einen Exoplaneten

Einer internationalen Gruppe von Astronomen unter Beteiligung des Max-Planck-Instituts für Astronomie in Heidelberg ist es gelungen, beim nur sechs Lichtjahre...

Im Focus: Mit Gold Krankheiten aufspüren

Röntgenfluoreszenz könnte neue Diagnosemöglichkeiten in der Medizin eröffnen

Ein Präzisions-Röntgenverfahren soll Krebs früher erkennen sowie die Entwicklung und Kontrolle von Medikamenten verbessern können. Wie ein Forschungsteam unter...

Im Focus: Ein Chip mit echten Blutgefäßen

An der TU Wien wurden Bio-Chips entwickelt, in denen man Gewebe herstellen und untersuchen kann. Die Stoffzufuhr lässt sich dabei sehr präzise dosieren.

Menschliche Zellen in der Petrischale zu vermehren, ist heute keine große Herausforderung mehr. Künstliches Gewebe herzustellen, durchzogen von feinen...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Kalikokrebse: Erste Fachtagung zu hochinvasiver Tierart

16.11.2018 | Veranstaltungen

Können Roboter im Alter Spaß machen?

14.11.2018 | Veranstaltungen

Tagung informiert über künstliche Intelligenz

13.11.2018 | Veranstaltungen

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

Mikroplastik in Kosmetik

16.11.2018 | Studien Analysen

Neue Materialien – Wie Polymerpelze selbstorganisiert wachsen

16.11.2018 | Materialwissenschaften

Anomale Kristalle: ein Schlüssel zu atomaren Strukturen von Schmelzen im Erdinneren

16.11.2018 | Biowissenschaften Chemie

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