Posted in: Biologie 27. August 2010 12:49 Weiter lesen →

Sparsame Bakterien

Eingefärbte EM-Aufnahme zeigt rotes, pummeliges Stäbchenbakterium mit langen dünnen Geißeln auf grünem Hintergrund Wegwerfartikel sind meist einfacher und billiger als solche für die mehrfache Verwendung. Das gleiche Prinzip haben amerikanische Forscher auch in Bakterien entdeckt. Solche Proteine, die ihre Funktion außerhalb der Bakterienzelle erfüllen, sind demnach deutlich günstiger in der Herstellung als solche, die in der Zelle verbleiben und wiederverwertet werden können.

EM-Aufnahme: Elizabeth H. White/Peggy S. Hayes/CDC

Der Grund für diesen Unterschied dürfte sein, dass die bakterielle Zellmembran für Proteine eine Art Einbahnstraße darstelle, erklärt Daniel Smith von der University of Michigan in Ann Arbor. Bakterien verfügten zwar über verschiedene Methoden, Proteine nach außen abzugeben, ein Importmechanismus fehle ihnen jedoch. „Jedes abgegebene Protein bedeutet also verlorene Ressourcen.“

Proteine bestehen typischerweise aus einigen Hundert Aminosäuren. Die Herstellung dieser Bausteine kostet die Zelle je nach Größe und Struktur unterschiedlich viel Energie. Während beispielsweise die einfachste Aminosäure Glyzin mit umgerechnet 12 Molekülen der energiereichen Verbindung ATP zu Buche schlägt, kostet das komplizierte Tryptophan ganze 74 ATP.

Smith und sein Kollege Matthew Chapman berechneten nun die Herstellungskosten für alle bekannten Proteine des Darmbakteriums Escherichia coli. Wie sie im Fachmagazin „mBio“ berichten, kosten extrazelluläre Proteine wie bestimmte Enzyme oder die Bestandteile der Schwimmgeißel im Schnitt etwa 20 ATP pro Aminosäure. Damit sind sie deutlich günstiger als Proteine in Zellplasma oder Zellmembran mit etwa 23 bzw. 25 ATP pro Aminosäure. Der Effekt ist unabhängig von Funktion, Struktur und Häufigkeit der Proteine, fanden die Forscher. Ähnliche Resultate erhielten sie für weitere Bakterien und auch im Falle der Bier- und Bäckerhefe, eines Pilzes.

Der so erzielte Einspareffekt ist beträchtlich, so Smith und Chapman. Allein an den optimierten Proteinen der Schwimmgeißel sparen die Bakterien mehr Energie als nötig ist, um die Geißel eine knappe halbe Stunde lang anzutreiben. Bedenke man, dass sich E. coli ungefähr alle 20 Minuten teilen könne, sei dies ein klarer Vorteil gegenüber weniger effizienten Konkurrenten, so Smith: „Das ist wie ein Leben lang kostenlos tanken.“

Forschung: Daniel R. Smith und Matthew R. Chapman, Department of Molecular, Cellular and Developmental Biology, University of Michigan, Ann Arbor

Veröffentlichung mBio, Vol. 1(3), e00131-10, DOI 10.1128/mBio.00131-10

WWW:
Chapman Lab, University of Michigan
Aminosäuren

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