Chemie Wie Bakterienproteine Energie transportieren
Bakterien können Energie von einer Membran auf eine andere übertragen. Welche Proteine daran beteiligt sind, war lange Zeit ein Rätsel.
Forscher haben im Detail aufgeklärt, wie bestimmte Bakterien mithilfe eines Proteinkomplexes Energie zwischen ihrer inneren und äußeren Zellmembran übertragen können. Verantwortlich dafür ist das kompliziert aufgebaute Proteinsystem Ton. Wie genau es zusammengesetzt ist, war bislang unbekannt. Das Team, dem auch RUB-Chemikerin Prof. Dr. Enrica Bordignon angehört, hat die Ergebnisse in der Zeitschrift „Nature“ veröffentlicht.
Ton sammelt Energie an der inneren Membran und transferiert sie zu Proteinen in der äußeren Membran, die sie zur Nährstoffaufnahme benötigen. Das Proteinsystem kommt zum Beispiel im Bakterium E. coli vor, aber auch in manchen krankheitserregenden Arten. Wie viele Bestandteile der Ton-Komplex hat und wie sie zusammenwirken, haben Forscher seit Langem diskutiert.
Alle Akteure identifiziert
Mit einer Kombination verschiedener Methoden beantworteten die Autorinnen und Autoren der Nature-Studie diese Fragen. Sie identifizierten drei entscheidende Bestandteile im Ton-Komplex: Einer davon ist ein fünfteiliges Protein in der inneren Membran, das in der Mitte eine Pore besitzt. In diese Pore ragt eine Helixstruktur von einem zweiteiligen Protein. Dieses wiederum interagiert mit einem weiteren Protein, das für den eigentlichen Energietransfer verantwortlich ist. Es überträgt die Energie in die äußere Membran.
Detailliertes Modell
„Vor unserer Studie hatten wir nur eine sehr grobe Idee von den interagierenden Partnern”, sagt Enrica Bordignon. „Durch die Synergien bei der Zusammenarbeit der verschiedenen Gruppen haben wir jetzt ein detailliertes und experimentell belegtes Modell der drei Akteure im Ton-Komplex.”
Bordignon kooperierte unter anderem mit Forschern der US-amerikanischen National Institutes of Health in Bethesda sowie der Purdue University und mit Forschern vom Institut de Microbiologie de la Méditerranée in Marseille. An der RUB fanden die Arbeiten im Rahmen des Exzellenzclusters Resolv statt.
Verschiedene Methoden kombiniert
Um die Prozesse detailliert aufzuklären, reichte eine Methode nicht aus. Die Gruppe kombinierte daher Ergebnisse der Röntgenstrukturanalyse mit einer bestimmten Art der Spektroskopie, für die Enrica Bordignon Expertin ist.
Während die Röntgenstrukturanalyse ein statisches dreidimensionales Modell eines Proteins liefert, analysiert Bordignon mit der Elektronenspinresonanz-Spektroskopie, wie Proteine in großen Komplexen wechselwirken und wie sie ihre Struktur verändern, während sie ihre Arbeit verrichten.
Dank der hohen Auflösung konnten wir die Daten leicht interpretieren.
Enrica Bordignon
„Der Ton-Komplex ist mit seinen insgesamt acht Proteinbestandteilen riesig”, erklärt die Bochumer Wissenschaftlerin. „Dank der hohen Auflösung der Elektronenspinresonanz-Spektroskopie konnten wir die Daten aber leicht interpretieren.“
