Zellulärer Herzschrittmacher bei der Arbeit
Hochleistungsrechner ermöglicht neue Einblicke in Struktur und Funktion der Ionenkanäle
2021/06/25
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Blick in den Teil des HCN4 Kanals, der in die Membran eingebettet ist. In der Proteinstruktur (in grau) sind die Transmembrandomänen als transparente Helices (rot) dargestellt. In der zentralen Pore kann man Kaliumionen (blau) und Wasser (rot/weise Moleküle) erkennen. -
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Vergrößerter Blick auf den Selektivitätsfilter des HCN4 Kanals mit Kalium (blau) und Natrium (gelb) Ionen in ihren typischen Bindungsstellen. Um und zwischen den Ionen kann man einzelne Wassermoleküle sehen.
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Jeder kennt es: Zu viel Aufregung oder ein starker Kaffee, und schon schlägt das Herz schneller. Diese Alltagserfahrung ist schon seit vielen Jahren von Biologen und Medizinern sehr gut auf der molekularen Ebene verstanden. Im Zentrum stehen besondere Typen von Ionenkanälen, die sogenannten HCN-Kanäle, deren Aktivität durch eine Vielzahl an zellulären Signalen gesteuert werden kann. Je nach Aktivität des Kanals ist dann die Distanz zwischen aufeinanderfolgenden Aktionspotentialen kürzer oder länger. Damit wird die Frequenz des Herzschlages höher oder niedriger. So haben die HCN-Kanäle eine zentrale Bedeutung für die Physiologie des Menschen. Sobald die Kanäle fehlerhaft funktionieren, kommt es zu Herzrhythmusstörungen, und im Extremfall muss ein elektronischer Herzschrittmacher die Aufgabe der Kanäle übernehmen
Unter Beteiligung der Arbeitsgruppen von Professor Gerhard Thiel und Professor Kay Hamacher aus dem Fachbereich Biologie der TU Darmstadt präsentieren die Laboratorien von Professorin Anna Moroni (Universität Mailand) und Dr. Bina Santoro (Columbia University, New York) in der neuen Ausgabe von „Molecular Cell“ die Proteinstruktur und Funktion derjenigen Isoform der HCN-Kanäle, die im Sinusknoten des Herzens aktiv sind.