Posted in: Chemie, Physik 20. Januar 2010 12:47 Weiter lesen →

Energiegeladene Viren

EM-Aufnahme zeigt helle kleine Partikel, über dünne Schwänzen mit einer großen runden Zelle verbunden Einige Viren stehen förmlich unter Druck, sodass sie ihr Erbgut in den Wirt schießen können. Wie viel Energie dabei im Spiel ist, hat eine internationale Forschergruppe jetzt erstmals messen können. Beim Ausschleudern seiner DNA setzt das von ihnen studierte Virus eine Reaktionswärme entsprechend rund 80.000 Molekülen Traubenzucker frei.

Bakteriophagen haben in Scharen an eine Wirtszelle angedockt. EM-Aufnahme: GrahamColm via Wikimedia.org (Public Domain)

Alex Evilevitch von der Universität im schwedischen Lund und seine Kollegen führten ihre Messungen mit dem Bakteriophagen Lambda durch. Das Virus befällt ausschließlich Bakterien und programmiert sie derart um, dass sie Abertausende Kopien seiner selbst herstellen.

Sein Erbgut trägt der Phage Lambda in einer stabilen Proteinkapsel, dem Kopf. Beim Zusammenbau neuer Phagen wird die DNA derart fest in den Kopf gedrückt, dass dieser letztlich unter einem Druck von schätzungsweise 40 Atmosphären steht, ein Mehrfaches des Drucks in einer Sektflasche. „Dieser Druck versetzt das Virus in die Lage, seine Gene mit hoher Geschwindigkeit in die zu infizierende Zelle zu übertragen“, erläutert Evilevitch.

Der Forscher und seine Kollegen maßen nun die Energie, die bei diesem Prozess freigesetzt wird. Dazu gaben sie Phagenpartikel in eine Lösung, die mit dem Bakterienprotein LamB den Auslöser für das Verschießen der DNA enthielt. Anhand des resultierenden Temperaturanstiegs in der Lösung konnten sie berechnen, dass bei einer Ausgangstemperatur von 22 Grad Celsius eine Reaktionswärme (Enthalpie) von 0,37 Billiardstel Joule pro Viruspartikel freigesetzt wird.

Der Wert sinkt merklich, wenn die Ausgangstemperatur der Lösung erhöht wird, berichten die Forscher im „Journal of Molecular Biology“. Dieser verblüffende Effekt zeigt, dass die Unordnung (Entropie) beim Verschießen der DNA nicht etwa steigt, sondern sinkt. Den Grund vermuten Evilevitch und Kollegen in einem Mantel aus Wassermolekülen, der den DNA-Strang in Lösung umgibt. Beim Verpacken der DNA in den Phagenkopf werden diese Wassermoleküle freigesetzt, was den Effekt des wohlgeordneten DNA-Bündels mehr als auszugleichen scheint.

Forschung: Meerim Jeembaeva, Bengt Jönsson und Alex Evilevitch, Department of Physics, Carnegie Mellon University, Pittsburgh, und Center for Molecular Protein Science, Lunds Universitet; Martin Castelnovo, Laboratoire de Physique, École Normale Supérieure de Lyon

Veröffentlichung Journal of Molecular Biology, Vol. 395(5), pp 1079-87, DOI 10.1016/j.jmb.2009.11.069; Preprint arXiv:1001.0877

WWW:
Alex Evilevitch, Universität Lund
Martin Castelnovo, ENS Lyon
Der Phage Lambda
Oh Goodness, My E. coli has a Virus!
Enthalpie und Entropie
Bestimmung von Verbrennungswärme

Lesen Sie dazu im Scienceticker:
Virus verkorkt sich selbst
Viren verschießen ihr Erbgut


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