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Zelle, öffne Dich!

Amerikanische Wissenschaftler haben den Schleusen in der Zellmembran beim Arbeiten zugeschaut: Mithilfe der Röntgenstrahlkristallographie machten die Forscher der Purdue-Universität Details der Funktionsweise von Ionenkanälen sichtbar. Dabei entdeckten sie, dass der im Inneren der Zelle befindliche Teil eines der Proteine, die solche Kanäle formen, in gewisser Weise einer Pinzette gleicht. Wenn diese sich schließt, öffnet sich der Kanal an der Außenseite der Zellmembran, so dass ein Ion in ihn eindringen kann. Dieses wird dann durch den Kanal hindurch in das Zellinnere geschleust.

Da sich Membranproteine im Allgemeinen nicht auskristallisieren lassen, kann ihre dreidimensionale Struktur nicht durch die Streuung von Röntgenstrahlen bestimmt werden. Jue Chen und seine Forscherkollegen griffen daher zur Untersuchung der Struktur eines einen Zellkanal formenden Membranmoleküls zu einem Trick ? sie untersuchten nur den im Inneren der Zelle, als ABC bezeichneten Teil des Proteins, da dieses sich auskristallisieren ließ.

Durch die Untersuchung dieses Teilstücks mit der Röntgenstrahlung konnten die Forscher dann durch einen Vergleich ihrer Ergebnisse mit denen durch andere Methoden wie etwa Kernspinresonanz erzielten Einzelheiten über die Mechanik des Membranproteins erfahren. Es gleich einem winzigen Greifer, in dem durch eine Hebelbewirkung der Kanal geöffnet und geschlossen wird (siehe Bild).

Durch den Energielieferanten ATP schließen sich dabei zunächst die beiden Arme des ABC-Teilstücks im Innern der Zelle. Dieses bewirkt, dass sich der Kanal an der Außenseite der Membran öffnet und durch Diffusion ein Ion aufnimmt. Wenn sich daraufhin die beiden Arme des ABC-Stücks wieder öffnen, schließt sich der Kanal an der Außenseite der Membran, während er sich an dessen Innenseite öffnet. Auf diese Weise kann das Ion in den Zellkörper eintreten.

Chen glaubt, dass seine Untersuchung auch in der Biomedizin Anwendungen finden wird. Ihm zufolge setzt nämlich eine Überfunktion der ABC-Stücke die Effizienz von im Zellinnern wirkenden Medikamentstoffen herab, da diese durch den Kanal aus der Zelle hinaus gepumpt werden. Ein genaues Verständnis der Funktionsweise könnte daher zur gezielten Hemmung dieser Schleusen führen.

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PNAS, in Press Stefan Maier
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