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Structural and functional characterization of molecular nanomachines: principles of transition metal selectivity and transport in heavy metal P1B-type ATPases

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Abtransport von Schwermetallen aus Zellen

Wissenschaftler untersuchten die Struktur und Aktivität einer Proteinfamilie, die dafür sorgt, dass Schwermetalle aus der Zelle abtransportiert werden. Auf dieser Basis könnten Strategien entwickelt werden, um die Metalltoxizität bei Menschen und Pflanzen zu senken.

Gesundheit

Einige Übergangsmetalle wie Kupfer, Zink und Kobalt erfüllen wichtige biochemische Funktionen und sind daher für zelluläre Stoffwechselprozesse und Überleben unerlässlich. Kadmium, Quecksilber und Blei wiederum sind toxisch und können bestimmte biochemische Prozesse stören, sodass Zellen Mechanismen entwickelt haben, um sie auszuschleusen. Diesen Abtransport übernehmen Transmembran-P1B-ATPasen, die hierfür Energie aus der ATP-Hydrolyse beziehen. Über den detaillierten Mechanismus dieser molekularen Maschinen und ihre Funktion ist allerdings noch wenig bekannt. Das EU-finanzierte Projekt P1BPUMPS (Structural and functional characterization of molecular nanomachines: principles of transition metal selectivity and transport in heavy metal P1B-type ATPases) ermittelte in einem multidisziplinären strukturellen und biochemischen Ansatz molekulare Informationen zur Struktur und Funktion dieser Transporter. Hierfür wurden rekombinante Proteine aus verschiedenen Archaeen und Bakterienarten für strukturelle, biochemische, biophysikalische und funktionelle Analysen exprimiert und aufgereinigt. Die Forscher bestimmten die Metallselektivität mehrerer P1B-ATPasen und untersuchten die Aktivität ihrer Uniporter oder Antiporter. Das Konsortium ermittelte mit verschiedenen spektroskopischen Methoden Metallbindungsstellen und deren Geometrie wie auch chemische Aspekte der Metalltranslokation. Ferner wurden die gereinigten Proteine ​​in künstlichen Lipiddoppelschichten rekonstituiert und Fluoreszenzsonden für die Überwachung des Metalltransports in Echtzeit eingesetzt. Insgesamt enthüllte P1BPUMPS die molekularen Grundlagen des Metalltransports durch biologische Membranen. Da nun Struktur und Funktion dieser P1B-ATPase-Pumpen bekannt sind, können Modulatoren entwickelt werden, um diese Aktivität zu regulieren.

Schlüsselbegriffe

Schwermetalle, Toxizität, P1B-Typ-ATPasen, biologische Membran

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