Proton entlang der Membran: NUST MISIS-Physiker demystifizieren den biochemischen Mechanismus des Protonentransports in Mitochondrien

(ots) -

Mikrobiologen und Biophysikern der NUST MISIS und Wissenschaftlern
von der Johannes Kepler Universität ist es gelungen, einige wichtige
wissenschaftliche Fragen auf globaler Ebene zu beantworten. Ihre
Antworten helfen beim Verständnis der Vorgänge, wie Nahrung in eine
Substanz umgewandelt wird, die Energie an Muskeln liefert. Der
Transformationszyklus ist so kompliziert, dass eine eingehende
Erklärung so lang sein kann wie ein Lehrbuch. Im Allgemeinen kann es
auf die folgende Art und Weise dargestellt werden: Nachdem das Essen
gekaut und geschluckt wurde, wird es im Magen mit der Hilfe mehrerer
Mechanismen partiell in kleinere Bestandteile und sogar Moleküle
zerteilt. Der Verdauungsvorgang wird im Dünndarm unter der Einwirkung
von verschiedenen Lebensmittelenzymen weiter fortgesetzt. Die
Transformation von Kohlehydraten in Glukose und das Aufspalten von
Lipiden und Protein findet ebenfalls dort statt. Dort werden die
verbleibenden Substanzen in zwei Teile aufgeteilt und in dieser Form
(Pyruvat genannt) gelangen sie in die Mitochondrien, also die
bindende Organelle für Zellen in den meisten lebenden Organismen -
Tiere, Pflanzen, Pilze.

(Logo: http://mma.prnewswire.com/media/484501/NUST_MISIS_Logo.jpg
)

(Photo: http://mma.prnewswire.com/media/591341/Sergei_Akimov.jpg )

Die Glukosebestandteile werden rasch und konsistent in den
Mitochondrien oxidiert. Das Nicotinamidadenindinukleotid (NAD) treibt
in der Nähe, das Proton, von dem es wegen dieser Oxidation losgelöst
ist. Dieses Proton gerät irgendwie in den Teil der Mitochondrien, die
für das Adenosintriphosphat verantwortlich sind, also dem
"menschlichen Kraftstoff", mithilfe dessen unser gesamter Organismus
läuft. Bis vor kurzem war es nicht klar, wie genau sie dort
hingelangen. Diese Protonen können überall hingehen, aber aus


irgendwelchen Gründen bleiben sie in der Nähe der Membran und strömen
zum Eingang der kreisförmigen Pforten "des Reaktors für die
ATF-Synthese". Jetzt haben die Wissenschaftler der NUST MISIS und
ihre Kollegen herausgefunden, warum genau dies passiert.

"Protonen, die sich innerhalb von Mitochondrien bewegen, bleiben
im wässrigen Bereich. Es ist bekannt, dass Wassermoleküle (H2O) aus
zwei Wasserstoffatomen (H) und einem Sauerstoffatom (O) bestehen.
Außer den chemischen Bindungen mit einem Wassermolekül können diese
Atome auch schwache Bindungen mit benachbarten Wassermolekülen
(Wasserstoff) eingehen. In der Nähe der Membranoberfläche werden
diese Bindungen in Wassermolekülen auf eine besondere Weise geformt,
weil es auf einer Seite Wasser gibt und auf der anderen Seite eine
"Wand". Wasserstoffbindungen in der Nähe der Membran sind anders: sie
haben unterschiedliche Quantitäten und Strukturen. Das Proton
verwendet sie als "Schienen", um sich entlang der Membran zu
bewegen. Unsere Forschung hat gezeigt, dass es diese Struktur "mag".
Es treibt nicht ab in die Mitochondrien, sondern bewegt sich schnell
entlang der Membran", erklärte Sergei Akimov, wissenschaftlicher
Mitarbeiter in der Abteilung für theoretische Physik und
Quantumtechnologie an der NUST MISIS.

Mithilfe des Ergebnisses dieser Grundlagenforschung können
Wissenschaftler den globalen Mechanismus für Energieerzeugung in
Zellen verstehen, und wie damit potenzielle Möglichkeiten für die
Pharmakologie eröffnet werden können. Die Ergebnisse der Forschung
können für die Entwicklung von Arzneimitteln eingesetzt werden, mit
denen die Auswirkungen dissoziativer Giftstoffe neutralisiert werden,
sowie für die Vorbeugung gegen Krankheiten, die mit der Überfunktion
der Schilddrüse zu tun haben. Bei diesen Krankheiten sammeln sich die
sogenannten Substanz-Entkoppler (schwache, in Fett lösliche Säuren,
die Protonen effektiv binden und damit zu einer Herabsetzung der
ATF-Synthese insgesamt führen) in Mitochondrien an. Die Kenntnisse,
die die russischen Wissenschaftler erlangt haben, werden der
wissenschaftlichen Gemeinde dabei helfen, zu verstehen, was getan
werden muss, um menschliche Energie in jeder Zelle
wiederherzustellen.

Quelle: http://en.misis.ru/university/news/science/2017-10/4950/.



Pressekontakt:
Dina Moiseeva
d.moiseeva@misis.ru
+7-9033-6305-73

Original-Content von: The National University of Science and Technology MISiS, übermittelt durch news aktuell

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Datum: 31.10.2017 - 09:13 Uhr
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