News: Schließmechanismus der Zelltür
Doch wie kippen die Zellen diesen geheimnisvollen biologischen Schalter jeweils in die "Auf"- beziehungsweise "Zu"-Position? Lange Zeit nahmen Forscher an, dass ein "ball and chain"-Mechanismus die entsprechenden Weichen stellt: Diesem Modell zufolge schwingt ein Stöpsel oder Ball an einer molekularen Kette in das Innere des Tunnels und blockiert ihn.
Roderick MacKinnon und seine Kollegen von der Rockefeller University vermuteten jedoch, dass der Ball eher einer Schlange ähnelt, die in den Kanal hineinkriecht, um tief in der Pore zu binden und das Loch zu verstopfen. Die von ihnen aufgeklärte Struktur des Kaliumkanals unterstützt ihre Theorie: Wasserabstoßende – hydrophobe – Aminosäuren kleiden die Tunnelwände aus, während die Porenoberfläche im Cytoplasma der Zelle wasseranziehende – hydrophile – Eiweißbausteine aufweist. Da sich wasserabstoßende Moleküle gegenseitig anziehen, würde, so spekulieren die Forscher, der "Türpfropfen" mit seinem aus zehn hydrophoben Aminosäuren bestehenden N-terminalen Ende natürlicherweise gut in das Zelltor hineinpassen.
Aber kann sich die enge Schleuse überhaupt weit genug öffnen, um ein derartig ausgedehntes Molekül aufzunehmen? Um dieser Frage auf den Grund zu gehen, führten die Wissenschaftler Versuche mit dem relativ großen Hemmstoffmolekül Tetrabutylammonium (TBA) durch. Röntgenkristallographische Studien enthüllten, dass für die TBA-Moleküle – und demnach ebenfalls für das N-terminale Ende des Türpfropfens – im Ionenkanal ausreichend Platz vorhanden ist.
Außerdem veränderten die Wissenschaftler bestimmte Aminosäuren im Poreninneren sowie im molekularen Türschloss. Und tatsächlich wirkte sich das mutierte Innenleben des Kanals tiefgreifend auf den Schließmechanismus aus. "Unsere Ergebnisse deuten darauf hin, dass sich das Peptid weit in die Pore hineinstreckt", erläutert MacKinnon.
Die Forschungsergebnisse geben nicht nur das Geheimnis des Schließmechanismus preis, sondern eröffnen auch neue Einblicke, die bei der Entwicklung von Medikamenten hilfreich sein könnten. Denn schon jetzt werden in der Anästhesie und zur Kontrolle eines unregelmäßigen Herzschlages Agenzien eingesetzt, die auf Ionenkanäle abzielen.
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