Atmung als wichtiger Regulator des Stoffwechsels
Um Energie für lebenswichtige biologische Prozesse zu erzeugen, spalten Organismen Zucker auf und wandeln ihn in den Energieträger Adenosintriphosphat (ATP) um. Dies geschieht durch den Stoffwechselprozess der Atmung und im Wesentlichen über die drei Hauptwege Glykolyse, Citratzyklus und oxidative Phosphorylierung. Obwohl die Reaktionen bei der ATP-Synthese gut erforscht sind, ist kaum bekannt, wie diese im Detail reguliert werden. Die Regulierung der Atmung im Gesamtzellstoffwechsel geschieht offenbar über zwei verschiedene Wege. Erstens geht man davon aus, dass Atmung den Anteil von ATP und ADP in einer Zelle und damit indirekt die Aktivität von Enzymen beeinflusst, die ATP umwandeln. Zweitens werden über das oxidative Phosphorylierungssystem reaktive Sauerstoffspezies erzeugt, deren Akkumulation den Redoxzustand einer Zelle beeinträchtigen kann. Den Einfluss der Atmungskette auf die Regulierung des pflanzlichen Stoffwechsels untersuchte das EU-finanzierte Forschungsprojekt "Impact of mitochondrial respiration efficiency on plant cell metabolism" (RESPARA) an der Modellpflanze Arabidopsis thaliana. So wurden mehrere Mutanten mit Mutationen in Komplex I des oxidativen Phosphorylierungssystems generiert, um herauszufinden, welche mitochondrialen Signale eine zelluläre Antwort auslösen. Dabei ergab sich eine Schlüsselfunktion des Komplex I für die Entwicklung und das Überleben von Pflanzen. Wurde Komplex I ausgeschaltet, beeinträchtigte dies deutlich die Atmung, was ihn als negativen Regulator der Atmung ausweist. Neben neuem Grundlagenwissen zu biologisch hochkonservierten und lebenswichtigen Signalwegen trugen die Ergebnisse von RESPARA wesentliche Erkenntnisse zur Pathophysiologie vieler Stoffwechselerkrankungen bei. Damit können die gewonnenen Informationen die Basis für künftige Behandlungsstrategien bilden, um respiratorische Komplex-I-Defizienzen zu heilen.
Schlüsselbegriffe
Zellstoffwechsel, Stoffwechselstörungen, ATP, Atmung, oxidatives Phosphorylierungssystem, pflanzlicher Stoffwechsel, mitochondriale Atmung, Atmungseffizienz, Zellstoffwechsel in Pflanzen, Komplex-I-Defizienz
