Na stopě role železo-sírových sloučenin

Profesor Dr. Antonio Pierik (zleva, zprava), profesor Dr. Volker Schünemann, doktorandka Christina Müller a profesor Dr. Michael Schroda pracují společně v rámci programu zaměření. (Foto: Koziel/TUK)

Červené krvinky díky svým železným atomům dokážou transportovat kyslík. Kromě toho se kov využívá i jinde v našich buňkách, například ve formě různých železo-sírových sloučenin. Ty jsou důležité například v enzymových systémech a při přenosu elektronů v buňkách. Na Technické univerzitě Kaiserslautern (TUK) tři výzkumné týmy zkoumají jejich syntézu a roli v metabolismu. Výzkumy probíhají v rámci programu podpory (SPP) 1927 „Železo-síra pro život“ Německé výzkumné společnosti (DFG). Získané poznatky mohou být například pro biotechnologii zajímavé při vývoji nových forem získávání energie nebo při výrobě účinných látek.

Obecně při dýchání, fotosyntéze či jiných metabolických cestách hrají železo-sírové centrály klíčovou roli v mnoha životně důležitých procesech. „Tyto centrály jsou často součástí velkých proteinových komplexů,“ říká profesor Dr. Antonio Pierik, který na TUK vyučuje v oboru biochemie. Tyto struktury vznikly již brzy v evoluci a vyskytují se u bakterií, hub, rostlin i živočichů. U enzymů jsou například důležité pro umožnění katalytických procesů, jako je štěpení cukerných molekul. Také pro energetický metabolismus buňky jsou nezbytné, protože přes ně probíhá přenos elektronů, a tím je možné ukládat energii ve formě molekul.

V rámci SPP 1927 zkoumá skupina výzkumníků z Kaiserslauternu přesnou strukturu těchto center a jejich začlenění do proteinů. „Existuje mnoho různých železo-sírových sloučenin,“ říká Pierik. „Chceme například pochopit, jak jsou v buňce syntetizovány.“

Při svém výzkumu používají speciální techniky: výzkumníci využívají magnetické vlastnosti železa. Tým kolem Pierika používá takzvanou spektroskopii elektronového spinového rezonance. Při ní je na zkoumaný vzorek vysíláno mikrovlnné záření, přičemž se vzorek nachází v magnetickém poli, což vede k excitaci elektronů železa. Podobně jako u otisku prstu získávají vědci při měření charakteristické spektra jednotlivých železo-sírových center.

Profesor Schünemann a jeho skupina z oboru biofyziky a lékařské fyziky používají Mössbauerovu spektroskopii. „Jedná se o analytickou metodu, při níž se využívá absorpce vysoceenergetického rentgenového záření atomovým jádrem železa,“ vysvětluje Schünemann. Obě techniky umožňují oběma týmům získat přesný obrázek složení kovových center.

Tato zjištění jsou doplněna prací profesora Schrody a jeho skupiny z oboru molekulární biotechnologie a systémové biologie. Zde se používá hmotnostní spektrometrie. Při této metodě jsou proteinové molekuly identifikovány a kvantifikovány podle jejich hmotnosti. V podstatě je jejich váha měřena. „Podobně jako u otisku prstu má i každý molekula charakteristickou hodnotu,“ říká profesor Schroda.

Celkově získávají tyto tři výzkumné skupiny přesný obrázek o železo-sírových sloučeninách a proteinových komplexech, do nichž jsou začleněny. Tyto poznatky jsou zajímavé nejen pro základní výzkum, ale i pro biotechnologii, například při syntéze léků nebo při vývoji nových forem získávání energie.

Program SPP řídí a koordinuje profesorka Dr. Silke Leimkühlerová na Univerzitě v Potsdamu. Cílem je pochopit přesnou roli kovů a jak ovlivňují aktivitu proteinů. Program je nyní ve druhé fázi financování. V první fázi se na něm podíleli profesoři Pierik a Schünemann. Za tyto práce obdrželi přibližně 478 000 eur od DFG. Nyní je do projektu zapojen i profesor Schroda. Společně získávají tři skupiny přibližně 781 000 eur, takže výzkum na TU Kaiserslautern v rámci SPP byl celkově financován nebo je financován částkou přibližně 1,26 milionu eur.

Odpovědi na otázky:

Prof. Dr. Antonio Pierik
Obor biochemie
Tel.: 0631 205-3421
E-mail: pierik(at)chemie.uni-kl.de

Prof. Dr. Volker Schünemann
Obor biofyzika a lékařská fyzika
Tel.: 0631 205-4920
E-mail: schuene(at)physik.uni-kl.de

Prof. Dr. Michael Schroda
Obor molekulární biotechnologie a systémová biologie
Tel.: 0631 205-2697
E-mail: schroda(at)bio.uni-kl.de