Na tropie roli związków żelazo-siarkowych

Profesor Dr. Antonio Pierik (od lewej do prawej), Profesor Dr. Volker Schünemann, doktorantka Christina Müller oraz Profesor Dr. Michael Schroda pracują wspólnie w programie głównym. (Zdjęcie: Koziel/TUK)

Czerwone krwinki mogą dzięki swoim atomom żelaza transportować tlen. Metal ten jest również wykorzystywany w innych miejscach w naszych komórkach, na przykład w postaci różnych związków żelazo-siarkowych. Są one między innymi ważne w enzymach i podczas transportu elektronów w komórkach. Trzy zespoły badawcze na Uniwersytecie Technicznym w Kaiserslautern (TUK) badają ich syntezę i rolę w metabolizmie. Prace te odbywają się w ramach programu głównych (SPP) 1927 „Żelazo-siarka dla życia” niemieckiej społeczności badawczej (DFG). Wyniki mogą mieć istotne znaczenie na przykład dla biotechnologii, aby opracować nowe formy pozyskiwania energii lub produkcji substancji czynnych.

Bez względu na to, czy chodzi o oddychanie, fotosyntezę czy inne szlaki metaboliczne – centra żelazo-siarkowe odgrywają kluczową rolę w wielu procesach niezbędnych do życia. „Często te centra są osadzone w dużym kompleksie białkowym”, mówi profesor dr Antonio Pierik, który prowadzi badania w dziedzinie biochemii na TUK. Powstały one już na wczesnym etapie ewolucji i występują u bakterii, grzybów, roślin i zwierząt. W enzymach są one na przykład ważne, aby umożliwić katalityczne procesy, takie jak rozkład cząsteczek cukrów. Są one również niezbędne dla pozyskiwania energii przez komórkę, ponieważ przez nie przebiega transport elektronów, co umożliwia magazynowanie energii w postaci cząsteczek.

W ramach SPP 1927 zespoły badawcze z Kaiserslautern analizują dokładną budowę tych centrów i sposób ich osadzenia w białkach. „Istnieje wiele różnych związków żelazo-siarkowych”, mówi Pierik. „Chcemy między innymi zrozumieć, jak są syntetyzowane w komórce.”

W swoich badaniach wykorzystują specjalne techniki: naukowcy korzystają z właściwości magnetycznych żelaza. Zespół pod kierownictwem Pierika używa tak zwanej spektroskopii rezonansu elektronowego. Polega ona na wysyłaniu promieniowania mikrofalowego na badany próbkę, jednocześnie znajdującą się ona w polu magnetycznym, co powoduje pobudzenie elektronów żelaza. Podobnie jak odcisk palca, podczas pomiaru naukowcy otrzymują charakterystyczne spektra dla poszczególnych centrów żelazo-siarkowych.

Profesor Schünemann i jego grupa badawcza z dziedziny biofizyki i fizyki medycznej korzystają z spektroskopii Mössbauera. „Jest to metoda analityczna, w której wykorzystywane jest pochłanianie wysokoenergetycznego promieniowania rentgenowskiego przez jądro atomowe żelaza”, wyjaśnia Schünemann. Obie techniki pozwalają obu zespołom uzyskać dokładny obraz składu metalowych centrów.

Te wyniki uzupełniają prace profesora Schrody i jego grupy z dziedziny biotechnologii molekularnej i systemowej biologii. W tym celu stosuje się spektrometrię mas. Polega ona na identyfikacji i ilościowym oznaczaniu cząsteczek białek na podstawie ich masy. W zasadzie są one ważone. „Podobnie jak odcisk palca, każda cząsteczka ma charakterystyczną wartość”, mówi profesor Schroda.

Podsumowując, trzy zespoły badawcze uzyskują dokładny obraz związków żelazo-siarkowych i kompleksów białkowych, w które są osadzone. Wyniki te są interesujące nie tylko dla badań podstawowych, ale także dla biotechnologii, na przykład w syntezie leków czy w opracowywaniu nowych form pozyskiwania energii.

Program SPP jest kierowany i koordynowany przez profesor dr Silke Leimkühler na Uniwersytecie w Poczdamie. Celem jest zrozumienie dokładnej roli metali i tego, jak wpływają one na aktywność białek. Program jest obecnie w drugiej fazie finansowania. W pierwszym etapie udział brali profesorowie Pierik i Schünemann. Otrzymali oni na te prace około 478 000 euro od DFG. Teraz do projektu dołącza również profesor Schroda. Razem trzy zespoły badawcze otrzymują około 781 000 euro, dzięki czemu badania na TU Kaiserslautern w ramach SPP łącznie finansowane są kwotą około 1,26 miliona euro.

Odpowiedz na pytania:

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

Prof. Dr Volker Schünemann
Dziedzina biofizyki i fizyki medycznej
Tel.: 0631 205-4920
E-mail: schuene(at)physik.uni-kl.de

Prof. Dr Michael Schroda
Dziedzina biotechnologii molekularnej i biologii systemów
Tel.: 0631 205-2697
E-mail: schroda(at)bio.uni-kl.de