Strukturelle Dynamik
Mit molekularen Maschinen hält eine Zelle ihren Stoffwechsel in Gang. Oft sind es sehr komplexe Gebilde, zusammengesetzt aus einer Vielzahl verschiedenartiger Komponenten. Um strukturelle Details in Aktion studieren zu können, untersuchen wir diese Makromoleküle in schockgefrorenem Zustand: Durch blitzartiges Einfrieren wird die molekulare Maschinerie bei unterschiedlichen Arbeitsschritten gestoppt. Das Elektronenmikroskop liefert dann jeweils eine Serie von Projektionsbildern, aus denen sich mit entsprechend aufwendigen Computerprogrammen die räumliche Struktur zusammensetzen lässt.
Wir wenden diese Technik für eine Vielzahl von molekularen Maschinen an, die an wichtigen Schaltstellen zellulärer Informationsverarbeitung zu finden sind. Zum Beispiel untersuchen wir, wie die Proteinfabrik der Zelle – das Ribosom – durch Ablesen der Erbinformation Proteine synthetisiert. Auch Spleißosomen werden untersucht, durch deren Arbeit der korrekte Bauplan für die Proteinsynthese erst bereitgestellt wird. Daneben arbeiten wir am Anaphase Promoting Komplex, der für die korrekte Verteilung der Erbinformation bei der Zellteilung benötigt wird. Mithilfe der Kryo-Elektronenmikroskopie können wir die Struktur und die Bewegungen dieser Maschinen "während ihrer Arbeit" beobachten, um ihre Funktion im Detail zu verstehen.
Pressemitteilungen & Neues aus der Forschung
Forschende um Ashwin Chari und Holger Stark haben die Struktur dieser Fettsäurefabrik in bisher unerreichter Auflösung von 1,9 Å sichtbar gemacht. Bei dieser Detailschärfe konnten sie Enzymreaktionen direkt beobachten einen kompletten Produktionszyklus strukturell verfolgen. Die Erkenntnisse liefern neue Ansätze, um Krankheitserreger zu bekämpfen und Fettsäuren nachhaltig herzustellen.
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Holger Stark hat mit seinem Team eine entscheidende Auflösungsgrenze in der Kryo-Elektronenmikroskopie geknackt. Seiner Gruppe gelang es zum ersten Mal, einzelne Atome in einer Proteinstruktur zu beobachten und die bisher schärfsten Bilder mit dieser Methode aufzunehmen. Mit solch detaillierten Einblicken lässt sich besser verstehen, wie Proteine in der lebenden Zelle ihre Arbeit verrichten oder Krankheiten hervorrufen.
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Makromolekulare Maschinen in 3D: Die komplexe Welt der KomplexeMakromolekulare Komplexe sind kleine Nanomaschinen und übernehmen die wichtigsten Aufgaben biologischer Prozesse. Mit Hilfe der Kryo-Elektronenmikroskopie können die dreidimensionalen (3D-) Strukturen dieser makromolekularen Maschinen hochaufgelöst untersucht und dynamische Vorgänge visualisiert werden. Das "Filmen" dieser Nanomaschinen trägt erheblich zum Verständnis molekularer Vorgänge auf struktureller Ebene bei.
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