Soluhengityksen mekanismi selviämässä

6.4.2006

Akatemiaprofessori Mårten Wikströmin tutkimusryhmä on identifioinut ensimmäisenä sisäisen elektroninsiirtoreaktion, joka ohjaa soluhengitykseen liittyvän protonipumpun toimintaa. Tiedelehti Nature julkaisi tuoreet tutkimustulokset torstain numerossaan. Wikströmin tutkimusryhmä työskentelee Helsingin yliopiston Biotekniikan instituutissa.

Keuhkojen, verenkierron, ja punasolujen toiminta hengityksessä on vain alkusoitto fysikaalis-kemialliselle reaktiolle, jolla happi pelkistetään soluissa vedeksi. Soluhengityksen hapenkulutus on tarkoin säädelty entsymaattinen reaktio mitokondrion sisäkalvolla. Hengitysentsyymi sytokromioksidaasi toimii protonipumppuna, joka muuntaa hapen pelkistyksessä vapautuvan energian jännite-eroksi, jota toinen entsyymi hyödyntää solujemme polttoaineen, ATP:n valmistuksessa.

Wikströmin ryhmän tutkimustulokset paljastivat kytkennän protonipumpun toiminnan ja entsyymin katalysoiman hapen pelkistämisen välillä: elektroninsiirtoreaktio käynnistää pumpun toiminnan ensimmäisen vaiheen. "Löytö avaa oven tämän lähes 30 vuotta tutkimuksen kohteena olleen mekanismin ymmärtämiselle," kuvailee akatemiaprofessori Wikström.

Sytokromioksidaasin protonipumppu liittyy kiinteästi prosessiin, jossa ravinnosta saamamme energia muuntuu solujemme polttoaineeksi. Toinen entsyymi käyttää hyväksi protonipumpun synnyttämää jännite-eroa muodostaen adenosiinitrifosfaattia (ATP:ta) elämää ylläpitäviin, energiaa vaativiin toimintoihin, kuten lihassupistuksiin ja hermoimpulsseihin. Järjestelmän keskeinen biologinen merkitys käy ilmi muun muassa siinä, että soluhengityksen salpautuessa, esimerkiksi sinihapon (syanidin) vaikutuksesta, kuolema seuraa lähes välittömästi.

Sytokromioksidaasi toimii energianmuuntajana pitkälti samalla tavoin kuin vetykenno. Se on miljardien vuosien aikana kehittynyt biologinen "nanokone", jonka energiahyötysuhde ylittää 90 prosenttia.

Wikström ja kollegat tutkivat sekä sytokromioksidaasin kemiallista että sen pumpputoimintaa biofysikaalisilla menetelmillä, joiden ajallinen erotuskyky alittaa mikrosekunnin. Näin on pystytty monitoroiman entsyymin toiminnan yksityiskohtia reaaliaikaisesti. Entsyymi käyttää yhden happimolekyylin pelkistämiseen noin millisekunnin, mikä sisältää entsyymin kaikki osareaktiot, myös tehokkaan energiamuuntajamekanismin.

Lisätietoja:
akatemiaprofessori Mårten Wikström
p. (09) 191 58000 ,
marten.wikstrom at helsinki.fi

Artikkeli: Belevich, I., Verkhovsky, M.I., Wikström, M. Proton-coupled electron transfer drives the proton pump of cytochrome c oxidase. Nature 6.4.2006.

Seuraa meitä:
FacebookSlideshareTwitterYoutube
VAIHDE 029 533 5000
KIRJAAMO 029 533 5049
FAKSI 029 533 5299
   
SÄHKÖPOSTI etunimi.sukunimi@aka.fi
AUKIOLO Arkisin 8.00-16.15
   
HENKILÖHAKU »
YHTEYSTIEDOT, LASKUTUS  JA
REKISTERISELOSTEET»
KYSYMYKSET JA PALAUTE »