Die Energieerzeugung in Lebewesen muss stets reibungslos verlaufen

Mutationen können zu ernsthaften Krankheiten führen

December 16, 2019

NADH:Ubiquinon Oxidoreduktase, Komplex I,  ist einer der größten Membranprotein-Komplexen und spielt eine zentrale Rolle bei der Energieerzeugung in der mitochondrialen Atmungskette. Etwa 40% der für die Synthese von Adenosintriphosphat (ATP), der Energiespeicherform in den Zellen, erforderlichen protonenmotorischen Kraft liefert die Arbeit dieses Komplexes. In Zusammenarbeit der Universitäten in Frankfurt, Helsinki und Graz sowie dem Max-Planck-Institut für Biophysik wurde die Struktur von Komplex I mittels Elektronen-Kryomikroskopie bestimmt.

Komplex I ist das erste Enzym der Atmungskette und spielt eine zentrale Rolle bei der zellulären Energieerzeugung, indem es den Elektronentransfer zwischen NADH und Chinon an die Protonentranslokation mit unbekannten Mechanismus koppelt. Funktionsstörungen im Komplex I werden mit vielen neurodegenerativen Erkrankungen des Menschen in Verbindung gebracht. Der Komplex I wird auch als einer der Hauptquellen für reaktive Sauerstoffspezies in den Mitochondrien angesehen, die die mitochondriale DNA schädigen und eine der Ursachen für Morbus Parkinson und das Altern sein können.

Struktur don Komplex I

In dieser Studie wurde die Struktur des Komplex I aus der aeroben Hefe Yarrowia lipolytica mittels Elektronen-Kryomikroskopie mit der hohen Auflösung von 3,2 Å ermittelt. Zudem konnte ein Substratmolekül im Zugangsweg zum aktiven Zentrum identifiziert werden; die Struktur zeigt eine ungewöhnliche Lipid-Protein-Anordnung am Membranübergang. Darüber hinaus liefert eine intermediäre Struktur sowie die Struktur einer Mutanten (4,0 Å Auflösung) detaillierte Einblicke in die Komplex-Anordnung und im weiteren Sinne Einblicke in die Ursachen einer erblichen mit Komplex I-verknüpften Erkrankung, die nachweislich das Leigh-Syndrom beim Menschen mit verschiedenen Arten von Mutationen verursacht.

Structure at 3.2 Å

Structure of the respiratory complex I from yeast Yarrowia lipolytica

Structure at 3.2 Å

Die Patienten weisen einen homogenen Phänotyp auf, der durch den frühen Beginn der Erkrankung und das klinische Erscheinungsbild von Hypotonie, psychomotorischer Regression, abnormalen Augenbewegungen und Atemwegsversagen in Kombination mit Hirnstamm- und Basalganglienläsionen, die zum Tod führen, gekennzeichnet ist, siehe auch den Übersichtsartikel: J. D. Ortigoza-Escobar et al.: Ndufs4 bezogenes Leigh-Syndrom: Ein Fallbericht und Überprüfung der Literatur. Mitochondrien 28 73-78 (2016).

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