Aus der Forschung
Kristalline Proben der Kalziumpumpe der Ackerschmalwand (Arabidopsis thaliana). Foto: Henning Tidow/Universität Aarhus
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Der Turbo der Kalziumpumpe
Ein dänisch-britisches Forscherteam hat in Untersuchungen mit der Röntgenlichtquelle DORIS am Deutschen Elektronen-Synchrotron DESY entdeckt, dass die Kalziumpumpen in unseren Körperzellen bei hoher Kalziumkonzentration einen Turbo einschalten können. Die Ergebnisse hat jetzt das renommierte Fachjournal „Nature“ veröffentlicht.
Kalzium ist ein wichtiges Steuersignal zahlreicher Prozesse im Organismus. Entscheidend dabei ist sein Konzentrationsunterschied zwischen dem Zellinneren und deren Umgebung, der durch Kalziumpumpen eingestellt wird. An isolierten und kristallisierten Komplexen der Kalziumpumpen haben die Wissenschaftler mithilfe der Röntgenstrukturanalyse nun zwei Bindungsstellen für das Protein Calmodulin entdeckt. Bindet Kalzium an Calmodulin, kann dieses Protein wiederum an die Kalziumpumpe binden und sie einschalten. In weiteren Untersuchungen fanden die Forscher heraus, dass die Kalziumpumpe in drei Schritten gesteuert wird: Sie ist aus, wenn kein Calmodulin gebunden ist. Sobald eine Bindungsstelle besetzt ist, läuft die Pumpe mit mittlerer Geschwindigkeit, und mit voller Geschwindigkeit, wenn beide Bindungsstellen besetzt sind. Nimmt also die Kalziumkonzentration in der Zelle zu, läuft die Pumpe zunächst energieeffizient mit moderater Geschwindigkeit. Droht das Kalzium aber eine für die Zelle gefährliche Konzentration zu erreichen, schaltet die Pumpe den Turbo ein.
Bioinformatische Analysen haben ergeben, dass alle Zellen mit Zellkern – vom Einzeller bis zum Menschen – diesen Turboschalter besitzen. Die Entdeckung könnte in Zukunft bei der Behandlung von Krankheiten helfen, bei denen der Kalziumhaushalt gestört ist.
