Das Chaperon-Protein Hsp90 nutzt thermische Fluktuationen

Ein Team von Münchner Biophysikern konnte nun zeigen, dass die Scherenbewegung des Chaperons Hsp90 kein ATP verbraucht, sondern durch thermische Fluktuation angetrieben wird. Sie eröffnen damit eine neue Sichtweise auf die Energieumwandlung in molekularen Maschinen.

ATP ist der Hauptenergieträger der meisten Organismen. Die Verbindung wird durch sogenannte ATPasen gespalten, um mit der dabei frei werdenden Energie beispielsweise Muskeln zu bewegen oder Nährstoffe zu transportieren. Das in großen Mengen in den Zellen vorkommende Chaperon-Protein Hsp90 besitzt in jeder seiner beiden Untereinheiten solch eine ATPase. Bisher ging man daher davon aus, dass die Bewegung und die Konformationsänderungen des HSP90 unmittelbar mit der Bindung oder Hydrolyse von ATP zusammenhängen.

Um diese Annahme näher zu untersuchen, haben der Biophysiker Thorsten Hugel und seine Mitarbeiter einen besonderen Versuchsaufbau entwickelt: Mit Hilfe von drei unterschiedlichen Lasern und einer äußerst empfindlichen Kamera konnten die Wissenschaftler die Bindung von ATP und die Konformationsänderungen des Hsp90-Proteins gleichzeitig beobachten. Entgegen ihrer Erwartung zeigten die Experimente, dass Bindung und Hydrolyse von ATP nicht direkt mit den umfassenden Konformationsänderungen des Chaperon-Proteins Hsp90 zusammenhängen. Hsp90 ist vielmehr ein sehr variables System, das durch thermische Fluktuationen angetrieben wird. Thermische Fluktuationen sind zufällige Änderungen der Proteinstruktur – man kann sie sich als Zusammenstöße mit Wassermolekülen in der Umgebung vorstellen. Indem es diese Zusammenstöße nutzt, um zwischen den verschiedenen Konformationen hin- und herzuwechseln, spart das Hsp90 wertvolles ATP. Vermutlich verändern Co-Chaperone oder auch Substratproteine das System so, dass ATP-Bindung oder Hydrolyse eine wesentliche Aufgabe übernehmen. 

Literatur: Ratzke, C., et al.: Proc. Natl. Acad. Sci. 2012;109(1):161–6, Online: DOI: 10.1073/pnas.1107930108