Sjukdomsframkallande bakterier har utvecklat molekylära motorer som kan gå på tomgång
Vissa sjukdomsframkallande organismer kan oskadliggöra kvävemonoxid, ett ämne som immunförsvaret använder för att bekämpa organismerna. Detta sker dock på bekostnad av energin bakterien skulle ha utvunnit om den istället använt syrgas. Det visar forskare vid Institutionen för biokemi och biofysik, Stockholms universitet, som publicerat sina resultat i den vetenskapliga tidskriften Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).
Människan har molekylära maskiner i sina celler som utnyttjar syrgas för att förbränna föda och som använder energin som frigörs till transport av laddningar över ett membran – något som kan liknas vid laddningen av ett batteri. Den energi som är lagrad i detta batteri används sedan till exempel av hjärnan, för muskelarbete eller andra livsprocesser. Under senare år har flera sjukdomar, som till exempel cancer och vissa typer av Alzheimer, visat sig ha samband med störningar i dessa maskiner.
Forskarna har funnit att vissa patogena (sjukdomsframkallande) organismer kan byta ut syrgasen mot ett annat bränsle, kvävemonoxid, som produceras av vårt immunförsvar för att bekämpa dessa organismer.
– Trots att lika mycket energi frigörs vid förbränningen av kvävemonoxid börjar denna ”bifuel-motor” att gå på tomgång och slutar flytta laddningar – batteriet förblir oladdat. Resultaten kan användas både för att förstå hur batteriladdningen med syre fungerar och dels för att bättre förstå varför under evolutionen det är just syrgas som blivit det dominerande bränslet, säger Pia Ädelroth.
I både våra egna ”energikraftverk”, mitokondrierna, och i ytterhöljet, cellmembranet, hos bakterier, sitter de protein-katalysatorer, enzymer, som omvandlar syrgas till vatten och samtidigt pumpar positiva joner, protoner, över membranet. Denna process kan alltså liknas vid laddningen av ett batteri.
De enzymer som reducerar syre till vatten kallas terminala oxidaser och finns i en mängd varianter som alla är släkt med varandra. I vissa, ofta patogena, bakterier kan det terminala oxidaset använda sig av både syrgas och ett annat bränsle; kvävemonoxid (NO). Kvävemonoxid omvandlas därvid till dikväveoxid, N2O, också känt som lustgas.
– Detta ”bifuel”-enzym är det vi använt oss av för att studera hur batteriladdningen beror av vilket bränsle som används. För att studera protonpumpningen satte vi tillbaka det framrenade enzymet i konstgjorda små celler, så kallade lipidvesiklar, och vi fann att bara syrgas- och inte NO- omvandlingen ledde till protonpumpning, säger Pia Ädelroth.
“Vectorial proton transfer coupled to reduction of O2 and NO by a heme-copper oxidase”. Artikelns författare: Pia Ädelroth, Yafei Huang, Joachim Reimann, Håkan Lepp och Nadjia Drici. Publicerad i PNAS Online Early Edition 8-12 december 2008.
Kontaktinformation
Ytterligare information
Pia Ädelroth, Institutionen för biokemi och biofysik, Stockholms universitet, tfn 08-164183, 073-8000370, e-post piaa@dbb.su.se
Joachim Reimann, Institutionen för biokemi och biofysik, Stockholms universitet, tfn 08-163529, e-post jreimann@dbb.su.se
