Ohne Sauerstoff wäre Leben wie wir es kennen auf der Erde nicht möglich. Doch was passiert mit den O2 Molekülen, die wir mit jedem Atemzug aufnehmen? Wieso brauchen wir überhaupt Sauerstoff? Und was hat Strukturbiologie damit zu tun?
Hartmut Michel hat von seiner aktuellen Forschung erzählt. Der Nobelpreisträger von 1988, zusammen mit Robert Huber und Johann Deisenhofer, hat in seinem Vortrag hier auf dem Nobelpreisträgertreffen in Lindau über atomare Mechanismen der Sauerstoffreduktion der Cytochrom c Oxidase referiert. Ihn interessiert, welchen Weg die Protonen ins aktive Zentrum des Enzyms nehmen, welche Intermediate dort entstehen, und wie die Protonen gepumpt werden. Ihm war die Begeisterung fürs Sujet anzumerken.
So. Und jetzt worum es wirklich ging bei dem Vortrag: Michel hat den Nobelpreis für die Aufklärung der Struktur des photosynthetischen Reaktionszentrums bekommen. Jetzt beschäftigt er sich mit der Struktur der Cytochrom C Oxidase. Beides sind Proteinkomplexe in der Zellmembran, beide sind an den essentiellsten Mechanismen beteiligt, die für den Energiestoffwechsel und somit das Leben der Zelle verantwortlich sind. Das photosynthetische Reaktionszentrum ist bei der Umwandlung von Lichtenergie in für die Zelle nutzbare Energie beteiligt, also beim Anabolismus. Die Cytochrom c Oxidase bei der Umwandlung der Nahrung in für die Zelle nutzbare Energie, also beim Katabolismus.
Die Cytochrom c Oxidase transportiert Elektronen vom Cytochrom c über die Membran und überträgt sie auf Sauerstoffatome, die so zu Wasser reduziert werden. Gleichzeitg pumpt die Cytochrom c Oxidase Protonen, die dann von der ATP-Synthase direkt zur Energiegewinnung genutzt werden können. Die Abbildung oben zeigt alle Membranproteine, die bei der Zellatmung, oder oxidativen Phosphorylierug (so heisst dieser Vorgang) beteiligt sind. Die Cytochrom c Oxidase ist Komplex IV, die ATP-Sythase Komplex V.
Wie man sieht, sind die zur Energiegewinnung benötigten Proteinkomplexe sind in biologische Membranen eingebettet. Membranen sind wichtige Elemente einer Zelle. Sie formen Barrieren, die den Transport von polaren Substanzen und Ionen verhindern. Die Isolationswirkung der Membran erlaubt den Aufbau elektrochemischer Gradienten durch Protonenpumpen, wie die Cytochrom c Oxidase eine ist. Das so entstehende Ungleichgewicht geladener Teilchen wird dann von der ATP-Synthase zur Energiegewinnung für die Zelle genutzt.
Während diese Grundlegenden Mechanismen schon seit einigen Jahrzehnten bekannt sind, untersucht Michel die atomaren Details, die dem Transport der jeweiligen Protonen zugrunde liegen. Er konnte die Komplexität dieses Vorgangs in seinem Vortrag nur andeuten. Eines ist aber sicher: Ohne Strukturbiologie, und das ist es was Michel macht, wären diese grundlegenden Mechanismen nicht aufzuklären. Es gibt zwei Königsdisziplinen der Strukturbiologie: Proteinkomplexe mit mehreren Untereinheiten und Membranproteine. Die Cytochrom c Oxidase ist beides, und hoch komplex (siehe Abbildung unten).
Eine Bemerkung vielleicht noch, um die Wichtigkeit seiner Forschung einzuordnen: Der mit jedem Atemzug von uns aufgenommen Sauerstoff ist eben jener, der an der Cytochrom c Oxidase as terminaler Elektronenakzeptor fungiert und so erst die Zellatmung ermöglicht.
Hartmut Michel beim Vortrag (Bild von Lars)
Abbildungen: Wikipedia und hier
| » Tobias Maier ist Biochemiker und forscht als Postdoc am CRG in Barcelona. » Er führt das Blog WeiterGen auf ScienceBlogs |
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