Protonengradienten in bakterieller Proteintranslokation

Das bakterielle Translokon SecYEG transportiert bakterielle Eiweiße durch die Plasmamembran, die anderenfalls eine unüberwindliche Barriere darstellen würde. Bisher ist unklar, welche Energiequelle die Translokation speist. Eine Möglichkeit wäre, dass die Translokationsmaschinerie chemisch gespeicherte Energie, etwa in Form von ATP nutzt, um die Eiweiße mit Hilfe von Motorproteinen (genannt SecA) durch die Membran zu drücken. Alternativ könnte die Eiweißtranslokation auch direkt vom transmembranen Protonenkonzentrationsgradienten getrieben werden. Dies wäre weit effizienter als der Umweg über ATP, das mit Hilfe desselben Protonengradienten hergestellt wird. Ziel des vorliegenden Projektes ist zu zeigen, auf welche Weise der Protonengradient die Proteintranslokation treiben kann. Um dieses Ziel zu erreichen, werden wir hochauflösende Techniken einsetzen, die es erlauben einzelne Eiweiße auf ihrem Weg durch eine Membran zu verfolgen und die vollständige Kontrolle über die Protonenkonzentration zu beiden Seiten der Membran bieten. Kenntnis der Rolle von Protonen erlaubt uns, Kontrolle über die Translokationsgeschwindigkeit auszuüben, um so die biotechnologische Eiweißproduktion zu steuern oder die Faltung von Eiweißen zu beobachten.

Protonengradienten in bakterieller Proteintranslokation Das bakterielle Translocon SecYEG transportiert bakterielle Proteine durch die Plasmamembran. Wie jede gerichtete Bewegung erfordert auch die Translokation Energie. Sie kann aus der ATP-Hydrolyse (Adenosintriphosphat) stammen, die es dem Motorprotein SecA ermöglicht, Proteine durch SecYEG-Kanäle zu schieben. Alternativ kann die Translokation auch direkt durch den transmembranen Protonengradienten, die so genannte protonen-motorische Kraft (PMF), angetrieben werden. Das Projekt untersuchte die Regulierung von SecYEG durch die Komponenten der PMF, das elektrische Transmembranpotenzial und den pH-Unterschied über die Zellmembran. Wir haben eine State-of-the-art-Technik entwickelt, die es erlaubt, die Dynamik eines einzelnen Translokationskomplexes zu beobachten. Mit dieser Technik konnten wir die Teile des Translokons identifizieren, die das PMF spüren. Die gewonnenen Erkenntnisse können dazu genutzt werden, die Translokationsrate von Proteinen für biotechnologische Zwecke zu manipulieren.