Eine Aminosäure, die viel bewegt

10. Dezember 2010

Die Ladung eines einzigen Glutaminsäurerests beeinflusst die globale Dynamik eines lebenswichtigen Transportkanals in Mitochondrien.

Die Ladung eines einzigen Aminosäurerests des VDAC-Kanals beeinflusst die Bewegung des gesamten Proteins. Ist dieser Rest mutiert oder chemisch verändert, nimmt nicht nur die Proteindynamik ab, sondern auch die Wechselwirkungen mit den benachbarten Lipiden sind gehemmt.

Proteine sind die Hauptakteure bei der Umsetzung lebenswichtiger Prozesse in unserem Körper. Sie bauen Muskeln auf, transportieren zelluläre Fracht, empfangen und übermitteln Signale, bringen chemische Reaktionen in Gang oder sorgen für Wachstum und Bewegung. Um ihre komplexen Aufgaben zu erfüllen, müssen sich ihre Bausteine - eine oder mehrere Aminosäureketten - nach der Produktion in die richtige Struktur falten. Aber erst durch fein abgestimmte Bewegungen können Proteine ihre jeweiligen Aufgaben ausführen.

Wie aber bewegen sich Proteine, die fest in der Lipid-Doppelschicht einer Biomembran verankert sind? Membranproteine übernehmen nicht nur lebenswichtige Funktionen in der Zelle. Sie sind auch medizinisch von großer Bedeutung: Rund die Hälfte aller zugelassenen Arzneimittel wirkt auf diesen Proteintyp. Ihre Funktionsweise zu verstehen, ist daher auch für die Erforschung neuer medizinischer Wirkstoffe wichtig. Elektronenmikroskopische Bilder legen nahe, dass auch hier Konformationsänderungen eine entscheidende Rolle spielen, damit Membranproteine ihre jeweilige Aufgabe erfüllen können. Wissenschaftlern am Max-Planck-Institut für biophysikalische Chemie ist es jetzt gelungen, die Bewegungen eines lebenswichtigen Membranproteins in Mitochondrien, des VDAC (voltage dependent anion channel)-Transportkanals, im atomaren Detail zu verfolgen.

Der spannungsabhängige VDAC-Kanal in der äußeren Mitochondrienmembran ist die "Kraftstoffpipeline" der Zelle - er ist der Haupttransportweg der Energiewährung ATP, von der ein Mensch rund 75 Kilogramm pro Tag verbraucht. Doch werden über den Transportkanal nicht nur ATP und Stoffwechselprodukte aus den Mitochondrien an andere Orte der Zelle befördert. VDAC ist auch wichtig für den Prozess der Apoptose – den kontrollierten "Selbstmord" einzelner Zellen, ohne benachbarte Gewebe zu schädigen. Kontrollierter Zelltod ist ein wichtiger Mechanismus, der beispielsweise in der Embryonalentwicklung, bei der richtigen "Verschaltung" von Hirnstrukturen oder beim Schutz gegen die Ausbreitung von Krebszellen wichtig ist.

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