Mito-Ribosomen: Einblick in Proteinproduktion

27. Januar 2015
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Proteine werden hauptsächlich von Ribosomen im Zellplasma hergestellt. Doch auch Mitochondrien verfügen über eigene Proteinproduktionsstätten. Die Kryo-Elektronentomographie gibt detaillierte Einblicke in deren Aufbau und Struktur.

Alle biochemischen Prozesse einer Zelle benötigen Energie, welche die Mitochondrien in Form des Energieträgers ATP zur Verfügung stellen. Für die Energieproduktion selbst benötigen die Mitochondrien Proteine. Doch wo kommen diese her? Der Großteil der Proteine wird aus dem Zellplasma in das Innere der Mitochondrien transportiert. Ihre Bauanleitungen sind in der DNA im Zellkern gespeichert. Einige wenige Proteine, die zur Energieproduktion nötig sind, werden jedoch direkt in den Mitochondrien produziert – von den Mito-Ribosomen. Während die Architektur der Ribosomen im Zellplasma in den letzten Jahrzehnten intensiv erforscht wurde, begannen Forscher erst kürzlich die Struktur der Mito-Ribosomen näher zu untersuchen.

Erstmals gelungen: Struktur des Mito-Ribosoms beschrieben

Wissenschaftlern der Forschungsgruppe „Modellierung von Proteinkomplexen“ gelang es jetzt erstmals, die Struktur des Mito-Ribosoms in seiner natürlichen Umgebung an der inneren Mitochondrienhülle zu beschreiben. Die Mito-Ribosomen lagern sich hier zu größeren Komplexen, sogenannten Polysomen, zusammen und produzieren so gemeinsam viele Proteinkopien. Die Forscher konnten auch zeigen, wie der Kontakt der Ribosomen mit der Mitochondrienhülle hergestellt wird: über das Membranprotein Mba1. „Wir glauben, dass Mba1 dabei nicht nur als Rezeptor für das Ribosom dient“, spekuliert Forschungsgruppenleiter Friedrich Förster, „sondern auch den Einbau der neu hergestellten Proteine in die Mitochondrienhülle unterstützt.“

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Dreidimensionale Struktur eines Mitochondriums. Abbildung: Stefan Pfeffer / © MPI für Biochemie

Tiefgekühlt zum Ergebnis

Möglich sind derart detailreiche Einblicke in die Architektur und Kontakte des Ribosoms dank der Kryo-Elektronentomographie. Durch ein besonders schnelles Einfrieren auf minus 170°C bleibt die Struktur und die natürliche Anordnung der Ribosomen in der Zelle erhalten. Anschließend nehmen die Forscher eine Serie von Bildern unterschiedlicher Blickwinkel auf, die im Computer zusammengesetzt ein dreidimensionales Bild ergeben.

Originalpublikation:

Organization of the mitochondrial translation machinery studied in situ by cryo-electron tomography.
Stefan Pfeffer et al.; nature communications, doi: 10.1038/ncomms7019; 2014

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