Foto: Filmkamera
Ein 3D-Kryo-Elektronenmikroskopie
filmt den Weg der Aminosäure-
Transporter durch das Ribosom;
© Max-Planck-Institut/Stark

Die zeitaufgelöste 3D-Kryo-Elektronenmikroskopie erlaubt faszinierende neue Einblicke in die Funktionsweise der Proteinfabrik. Ribosomen sind molekulare Hochleistungsmaschinen und mit nur 25 Nanometern etwa so groß wie die kleinsten Viren. Im Kristall sind Moleküle fixiert; atomar aufgelöste Kristallstrukturen von Ribosomen zeigen daher ein statisches Bild. Doch wie bei echten Maschinen sind die beweglichen Teile der Nanomaschine Ribosom ständig in Bewegung. Ihre genaue Funktionsweise erschließt sich auch hier erst durch genaue Betrachtung während des Betriebs.

Die Göttinger Max-Planck-Forscher haben jetzt einer makromolekularen Maschine erstmals bei der Arbeit zugeschaut. Ihre "Filmsequenz" eines Ribosoms in Aktion zeigt faszinierende neue Einblicke in die Funktionsweise der Proteinfabrik. Sichtbar gemacht wurden die Vorgänge durch Einsatz eines 3D-Kryo-Elektonenmikroskops an schockgefrorenen Ribosomen.

"Der Trick ist, dass wir die Ribosomen zunächst in Lösung zum Arbeiten bringen. Durch extrem schnelles Einfrieren zu verschiedenen Zeitpunkten können wir dann die molekulare Maschinerie während unterschiedlicher Arbeitsschritte stoppen. Das Elektronenmikroskop liefert uns mit diesen Proben eine Serie von Aufnahmen der Ribosomen während verschiedener Phasen der Proteinproduktion, bei denen sich die Ribosomen in ihrer räumlichen Struktur unterscheiden", erklärt Holger Stark, Leiter der Forschungsgruppe am Max-Planck-Institut.

Der Erfolg: 50 Strukturen des Ribosoms in verschiedenen Zuständen der Proteinsynthese zeigen den Forschern, welchen Weg Aminosäure-Transporter -sogenannte Transfer-Ribonukleinsäuren (tRNAs) - während der Proteinproduktion durch das Ribosom nehmen. Wie ein Fließband wird die Matrize für die Proteinsynthese, die Boten-Ribonukleinsäure (mRNA), durch das Ribosom hindurchgeschleust. Dabei wird das fadenförmige mRNA-Molekül in Schritten von jeweils drei Nukleinsäurebasen abgetastet; die Tripletts werden von den passenden tRNAs abgelesen, die eine bestimmte Aminosäure binden. Die Aminosäuren werden nacheinander zu einer Kette zusammengesetzt und ergeben schließlich ein neues Proteinmolekül. Haben die tRNAs ihre Aminosäure-Fracht am Ribosom "abgeliefert", werden sie freigesetzt.

COMPAMED.de; Quelle: Max-Planck-Institut für biophysikalische Chemie