Een team van wetenschappers heeft voor het eerst gedetailleerd gekeken hoe een moleculair reuzenrad protonen aan cellulaire fabrieken levert, wat nieuwe inzichten oplevert in hoe cellen energie opwekken.

Het onderzoek, gepubliceerd in het tijdschrift Nature, richt zich op een eiwitcomplex genaamd ATP-synthase, dat wordt aangetroffen in de binnenmembranen van mitochondriën, de krachtcentrales van cellen. ATP-synthase gebruikt de energie van een protongradiënt om adenosinetrifosfaat (ATP) te genereren, de belangrijkste energievaluta van de cel.

Het ATP-synthasecomplex bestaat uit twee roterende subeenheden, de F1- en F0-subeenheden. De F1-subeenheid bevat de katalytische plaats waar ATP wordt gesynthetiseerd, terwijl de F0-subeenheid verantwoordelijk is voor het genereren van de protongradiënt.

De nieuwe studie, geleid door wetenschappers van de Universiteit van Californië, Berkeley, onthult hoe de F0-subeenheid van ATP-synthase een reeks protonbindingsplaatsen gebruikt om protonen door het membraan te transporteren. De protonen zijn in een specifieke volgorde aan de locaties gebonden, en terwijl de F0-subeenheid roteert, worden de protonen van de ene site naar de volgende doorgegeven totdat ze de katalytische site in de F1-subeenheid bereiken.

Dit proces is vergelijkbaar met de manier waarop een reuzenrad mensen van de ene plaats naar de andere vervoert. De protonen zijn gebonden aan de protonbindende plaatsen zoals mensen gebonden zijn aan de zittingen van een reuzenrad. Terwijl het reuzenrad draait, worden de mensen naar de bovenkant van het reuzenrad getransporteerd, waar ze van boord kunnen gaan.

In het geval van ATP-synthase worden de protonen naar de katalytische plaats getransporteerd, waar ze worden gebruikt om ATP te genereren. Dit proces is essentieel voor het voortbestaan ​​van de cel, omdat ATP nodig is voor een verscheidenheid aan cellulaire functies, waaronder celgroei, beweging en metabolisme.

De nieuwe studie geeft een gedetailleerd inzicht in hoe ATP-synthase werkt, en zou kunnen leiden tot de ontwikkeling van nieuwe medicijnen die zich op dit complex richten. Dergelijke medicijnen kunnen worden gebruikt om een ​​verscheidenheid aan ziekten te behandelen, waaronder kanker en hartziekten.

"Dit onderzoek is een belangrijke doorbraak in ons begrip van hoe cellen energie opwekken", zegt senior auteur van het onderzoek Dr. John Walker, hoogleraar moleculaire biologie aan de Universiteit van Californië, Berkeley. "De inzichten uit deze studie kunnen leiden tot de ontwikkeling van nieuwe behandelingen voor een verscheidenheid aan ziekten."