Wiener Forscher beobachten Ionenfluss in Zelle in Zeitlupe
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Zellen grenzen sich von der Umgebung durch eine Membran ab. Um ihre Funktionen aufrecht zu halten und Signale weiterzuleiten, gibt es in der Membran spezielle Proteine, sogenannte Ionenkanäle. Durch diese können bis zu 100 Mio. Ionen pro Sekunde in die Zelle strömen oder herausgepumpt werden - ein Vorgang, den Wiener Forscher nun in Computersimulationen quasi in Zeitlupe beobachtet haben.
Wichtig für Medikamente
Anna Stary-Weinzinger, Pharmakologin an der Universität Wien, erforscht seit Jahren diese Ionenkanäle, durch die Kalium-, Natrium- oder Kalziumionen geleitet werden. Diese Membranproteine sind nicht nur für eine Vielzahl von Prozessen im menschlichen Körper lebenswichtig, sie sind auch wichtige Angriffspunkte zahlreicher Medikamente. Zehn Prozent der eingesetzten Arzneimittel erzielen ihre Wirkung durch Interaktion mit diesen Zellstrukturen. Die Erforschung dieser Proteine ist deshalb auch für Entwicklung neuer Arzneimittel interessant.
Im Mittelpunkt der neuen Arbeit Stary-Weinzingers, die im Fachjournal "PLOS Computational Biology" erschienen ist, stand der Ionenfluss durch spannungsgesteuerte Natriumionenkanäle. Ohne diese könnten zentrale Funktionen wie der Herzschlag, die Signalweiterleitung im Gehirn oder Muskelbewegungen nicht stattfinden.
Ionenfluss verstehen
Mithilfe des schnellsten Computers Österreichs, des Vienna Scientific Cluster (VSC), haben die Wissenschafter sogenannte Moleküldynamiksimulationen durchgeführt und dabei den Proteinen quasi bei der Arbeit zusehen können. Es zeigte sich, dass Ionen deutlich schneller in die Zelle hineinströmen als heraus. "Den Schlüssel dafür liefert eine negativ geladene Aminosäure: Glutaminsäure 53, kurz E53", so Stary-Weinzinger in einer Aussendung der Uni. Die Aminosäure kann je nach Ionenflussrichtung ihre räumliche Struktur - die Forscher sprechen von "Konformation" - und damit die Geschwindigkeit des Ionenflusses ändern.
Die Forscher halten es für wahrscheinlich, dass diese Änderung der Konformation auch eine wichtige Rolle bei der sogenannten Inaktivierung spielt. Dabei handelt es sich um jenem Mechanismus, der den Ionenfluss kontrolliert stoppt, um die Signalweiterleitung zu unterbrechen.
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