ATP-Synthase: Mehr Saft aus roten Trauben

Forscher können Energieerzeugung in Zellen mit UV-Licht an- und ausschalten

Eine der wichtigsten molekularen Maschinen in einer Zelle ist die ATP-Synthase. Dieser Enzymkomplex stellt der Zelle die lebensnotwendige Energie in Form von Adenosintriphosphat (ATP) zur Verfügung. Die Produktion und Verfügbarkeit von ATP kann auch außerhalb von Zellen für biotechnologische Prozesse genutzt werden. Forschern des Max-Planck-Instituts für Biophysik in Frankfurt, der Ludwig-Maximilian-Universität (LMU) in München sowie dem Imperial College London ist es gelungen, die ATP-Synthase mit Hilfe von Azo-Polyphenolen und Licht an- und abzuschalten.

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Bei Dunkelheit und mit gebundenem trans-Azo-Polyphenol liegt die ATP-Synthase in blockierter Form vor (links). Bei Bestrahlung mit UV-Licht entsteht cis-Azo-Polyphenol (rechts). Die ATP-Synthase wird nun nicht mehr blockiert und kann durch Rotationsbewegungen Protonen durch die Zellmembran (grau) transportieren.

Rote Trauben, Erdnüsse, Beeren und nicht zuletzt auch Rotwein sind natürliche Quellen von Polyphenolen, aromatischen Verbindungen mit bioaktiven Eigenschaften wie Farb-, Geschmacks- und auch Gerbstoffe (Tannine). Diesen sogenannten sekundären Pflanzenstoffen werden viele positive Effekte in unserer Nahrung zugeschrieben, unter anderem wirken sie als Antioxidantien, entzündungshemmend und teilweise auch vorbeugend bei Krebs. Außerdem können Polyphenole eine bakterizide Wirkung haben, wodurch sie zum Beispiel gegen Zahnkaries wirken.

Wie es sich nun zeigt, können diese bemerkenswerten Stoffe aber noch mehr: "Wir haben Azo-Polyphenole synthetisiert, dessen Wechsel zwischen der cis- und trans-Konformation durch ultraviolettes (UV-) Licht geändert werden kann", erklärt Felix Hartrampf vom Department für Chemie der LMU. "Diese Funktion haben wir dazu genutzt, um die ATP-Synthase gezielt und mehrfach an- und auszuschalten: Im Dunkeln (trans-Form) blockieren diese Verbindungen die ATP-Synthase-Aktivität, bei UV-Licht ändert sich ihre Konformation (cis), wodurch sich die ATP-Synthase aktivieren lässt", fügt Bianca Eisel vom Max-Planck-Institut für Biophysik hinzu.

Die lichtgesteuerten Konformationsänderungen der Azo-Polyphenole könnten auch biochemisch genutzt werden, um andere Zielproteine zu blockieren. Zudem könnte man vielleicht durch das gezielte An- und Abschalten der Energieversorgung in lebenden Zellen biotechnologische, energieverbrauchende Prozesse gezielt und einfach steuern. "Die Erkenntnisse aus unserer Arbeit ermöglichen eine elegante, lichtgesteuerte Versorgung von chemischen oder biotechnologischen Prozessen mit energiereichem ATP und setzen die Basis für die weitere Entwicklung von lichtaktivierbaren Verbindungen, welche in Zukunft auch direkt in Zellen eingesetzt werden sollen", so die beiden Projektleiter Dirk Trauner (LMU München, New York University) und Thomas Meier (Max-Planck-Institut für Biophysik und Imperial College London). 

BH/HR

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