Ärzte Zeitung online, 28.09.2010

Zell-Transporter für Energiemolekül Carnitin identifiziert

FRANKFURT / MAIN (eb). Forscher aus Frankfurt am Main haben ein Transportprotein identifiziert, dass Carnitin in die Zelle schleust. Carnitin ist ein wichtiges Molekül für die Energiegewinnung.

Zell-Transporter für Energiemolekül Carnitin identifiziert

Grafik: Struktur und Funktioin des Membranproteins zum Transport von Carnitin.

© MPI für Biophysik, Frankfurt.

Die Proteine der Zellmembran entscheiden, was in Zellen hinein gelangt und wieder heraus kommt. Sind sie defekt, treten schwer wiegende Krankheiten auf, die bisher nur unzulänglich behandelt werden können. Verglichen mit ihrer Bedeutung im Körper, ist bisher nur wenig über die Arbeitsweise von Membranproteinen bekannt.

"Gemessen an den Schwierigkeiten, welche die Aufklärung von Membranprotein-Strukturen mit sich bringt, ist dies ein großer Erfolg", so Professor Werner Kühlbrandt in einer Mitteilung des Max-Planck-Instituts für Biophysik. Kühlbrandt ist Leiter der Arbeitsgruppe Strukturbiologie am Max-Planck-Institut. "Denn jeder Transportmechanismus, der entschlüsselt wird, ist bei der Interpretation von Strukturdaten, die wir auch von vergleichbaren Proteinen gewinnen, nützlich."

Das Transportprotein schleust Carnitin in die Zelle und Abfall heraus

Das jetzt identifizierte Transportprotein schleust einerseits Carnitin in die Zelle ein und entsorgt anderseits Stoffwechselprodukte aus der Zelle nach außen. Carnitin wird in menschlichen Zellen benötigt, um aus dem Fettstoffwechsel Energie zu gewinnen.

Um die Funktion und Faltungsart dieser medizinisch und pharmakologisch wichtigen Transporterproteine im molekularen Detail zu verstehen, benötigt man von jeder Etappe des Transports eine strukturelle Momentaufnahme. Sabrina Schulze vom Exzellenzcluster Makromolekulare Komplexe Frankfurt hat in ihrer Doktorarbeit zwei dieser neuen Momentaufnahmen durch die beiden hoch aufgelösten Strukturen des Carnitin-Transporters geliefert (Nature 2010, 467, 233).

Bis zur klinischen Anwendung ist es noch ein weiter Weg

Diese beiden Strukturen zeigen den Carnitin-Transporter mit und ohne Substrat zum Zellinneren hin geöffnet. Bis zur klinischen Anwendung dieser Ergebnisse ist es aber noch ein weiter Weg.

"Bisher wissen wir immer noch relativ wenig über die Funktionsweise dieser Art von Membranproteinen. Es ist schwierig, diese Transporterproteine in eine geordnete kristalline Form zu überführen, die dann mit Röntgenstrahlen untersucht werden können um die hoch aufgelöste Struktur zu erhalten", so Schulze.

Das liegt unter anderem daran, dass diese dynamischen Makromoleküle ein wasser- und ein fettlösliches Ende besitzen und deshalb zum einen schwer aus der natürlichen Zellmembran zu isolieren sind und zum zweiten häufig außerhalb der Membranschicht instabil werden. Oft sind die Kristalle, die man trotz dieser Schwierigkeiten manchmal erhält, nur sehr klein.

Um dennoch verlässliche Daten über die Struktur des Membranproteins zu gewinnen, benötigt man Röntgenstrahlen von hoher Brillanz, wie sie etwas an der europäischen Synchrotron-Strahlungsquelle (ESRF) in Grenoble oder an der schweizerischen Synchrotron-Strahlungsquelle (SLS) in Villigen erzeugt wird. Von allen bisher aufgeklärten Proteinstrukturen gehören nur 0,5 Prozent zu den Membranproteinen.

Ihre Bedeutung wird aber deutlich, wenn man sich vor Augen führt, dass schätzungsweise 20 bis 30 Prozent der Gene in unserem Körper Baupläne für Proteine in der Zellmembran enthalten.

Abstract der Studie "Structural Basis of Na+-independent and cooperative substrate/product antiport in CaiT"

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