Reibungslose Energieerzeugung

Mutationen können zu ernsthaften Krankheiten führen

16. Dezember 2019

NADH:Ubiquinon Oxidoreduktase, Komplex I,  ist einer der größten Membranprotein-Komplexen und spielt eine zentrale Rolle bei der Energieerzeugung in der mitochondrialen Atmungskette. Etwa 40 Prozent der für die Synthese von Adenosintriphosphat (ATP), der Energiespeicherform in den Zellen, erforderlichen protonenmotorischen Kraft liefert die Arbeit dieses Komplexes. In Zusammenarbeit der Universitäten in Frankfurt, Helsinki und Graz sowie dem Max-Planck-Institut für Biophysik in Frankfurt am Main wurde die Struktur von Komplex I mittels Elektronen-Kryomikroskopie bestimmt.

Struktur bei 3,2 Å

Struktur des Atmungskomplexes I aus Hefe Yarrowia lipolytica

Struktur bei 3,2 Å

Komplex I ist das erste Enzym der Atmungskette und spielt eine zentrale Rolle bei der zellulären Energieerzeugung, indem es den Elektronentransfer zwischen NADH und Chinon an die Protonentranslokation mit unbekannten Mechanismus koppelt. Funktionsstörungen im Komplex I werden mit vielen neurodegenerativen Erkrankungen des Menschen in Verbindung gebracht. Der Komplex I wird auch als einer der Hauptquellen für reaktive Sauerstoffspezies in den Mitochondrien angesehen, die die mitochondriale DNA schädigen und eine der Ursachen für Morbus Parkinson und das Altern sein können.

Struktur von Komplex I

Komplex 1

In dieser Studie wurde die Struktur des Komplex I aus der aeroben Hefe Yarrowia lipolytica mittels Elektronen-Kryomikroskopie mit der hohen Auflösung von 3,2 Å ermittelt. Zudem konnte ein Substratmolekül im Zugangsweg zum aktiven Zentrum identifiziert werden; die Struktur zeigt eine ungewöhnliche Lipid-Protein-Anordnung am Membranübergang. Darüber hinaus liefert eine intermediäre Struktur sowie die Struktur einer Mutanten (4,0 Å Auflösung) detaillierte Einblicke in die Komplex-Anordnung und im weiteren Sinne Einblicke in die Ursachen einer erblichen mit Komplex I-verknüpften Erkrankung, die nachweislich das Leigh-Syndrom beim Menschen mit verschiedenen Arten von Mutationen verursacht.

Die Patienten weisen einen homogenen Phänotyp auf, der durch den frühen Beginn der Erkrankung und das klinische Erscheinungsbild von Hypotonie, psychomotorischer Regression, abnormalen Augenbewegungen und Atemwegsversagen in Kombination mit Hirnstamm- und Basalganglienläsionen, die zum Tod führen, gekennzeichnet ist.

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