Ein biologischer Nanomotor, der die DNS entlang "laufen" kann

Wie gelingt es biologischen Elementen in einer Größenordnung von einhundert Mikrometern (10-8 m, das 10.000fache eines Haarquerschnitts) chemische Energie für ihre Bewegung zu verwenden?

Französische Physiker der Ecole Normale Supérieure in Paris, ein Forscherteam unter der Leitung von François Heslot, haben diese Frage nun möglicherweise zum Teil beantwortet. Sie haben mit RNS-Polymerasen gearbeitet, Enzyme, die, als ersten Schritt für eine Proteinsynthese, auf der DNS die genetische Information ablesen. Diese Enzyme kopieren die genetische Information in die RNS, mit einer Geschwindigkeit von ca. 100 Nukleotiden pro Sekunde.

Bis jetzt gab es zwei Hypothesen zur Erklärung der Bewegung der RNS-Polymerase: entweder war sie in der Lage chemische Energie von Nukleotiden zu nutzen, oder nutzte sie die willkürliche thermische Bewegung des Umfeldes, die sogenannte Brownsche Bewegung (1827 vom britischen Botaniker Robert Brown entdeckt und unter anderem von Einstein vor genau hundert Jahre studiert).

Durch Experimente an einem Bakterienvirus, bei dem die RNS-Polymerase nur ein Protein enthält, konnten die Forscher zeigen, dass die zweite Hypothese die richtige ist. Um das zu beweisen, wurde die RNS-Polymerase zunächst auf eine stabile Oberfläche gebracht und eine Zugkraft auf die DNS ausgeübt, um so die Bewegung der RNS-Polymerase zu verhindern. Nur bei geringer Konzentration an Nukleotiden hat diese Beeinflussung einen verlangsamenden Effekt.

Aus dieser Erkenntnis ergab sich eine neue Frage: da die Brownsche Bewegung willkürlich ist, wieso bewegt sich die RNS-Polymerase dann nur in eine Richtung? Die Biophysiker haben gezeigt, dass während der Polymerisation von Nukleotiden Unumkehrbarkeit durch stereochemische Veränderungen entsteht. Die RNS-Plymerase kann also als Brownscher Motor beschrieben werden und als solcher weiter erforscht werden.

Kontakt: François Heslot
E-MAil: heslot@lpa.ens.fr
Anschrift: Laboratoire Pierre Aigrain – Département de Physique de l’Ecole Normale Sup
24, rue Lhomond, F-75231 Paris Cedex 05
Tel.:+33 1 4432 2560
www.lpa.ens.fr/

Quelle: Pressebericht des CNRS vom 22. April
Redakteur: Jérôme SEGAL, jerome.segal@diplomatie.gouv.fr
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Wissenschaft-Frankreich (Nummer 77, 18. Mai 2005)

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