Publikationen

Die Natriumpumpe der Zellmembranen exportiert als Na⁺/K⁺-ATPase (E.C.3.6.1.37) unter Spaltung eines Mols ATP zu ADP und anorganischem Phosphat drei Mole Na⁺ aus der Zelle heraus und zwei Mol K⁺ in die Zelle hinein. Wesentliche kinetische Eigenschaften dieses Pumpprozesses können mit Hilfe des Albers-Post-Modells beschrieben werden (Bild 2). Dieses Modell nimmt an, daß die katalytische a-Untereinheit zwischen einer Na⁺- und einer K⁺-Konformation oszilliert und daß eine einzige Untereinheit für den Ionentransport ausreicht.

Eigene Untersuchungen zeigen jedoch, daß der Pumprozess der Interaktion von zwei a-Untereinheiten und der auf ihnen vorhandenen ATP Bindungstellen bedarf. Die Natriumpumpe arbeitet somit als (ab)₂-Diprotomer (Bild 3), in dem Na⁺- und K⁺-Konformationen sowie hoch- und niederaffine ATP-Bindungsstellen zur gleichen Zeit vorkommen. Wie die ATP-Hydrolyse in den vektoriellen Transport umgewandelt wird, ist auf molekularer Ebene unbekannt.
 
 

Bild 3: Abstände im (ab)2-Diprotomer	Bild 4: Struktur von g-Strophanthin

Seit mehr als 200 Jahren behandeln Ärzte die Herzwassersucht mit Digitalis, einem Inhaltsstoff des roten Fingerhuts. Das kardiotone Steroid Digitalis ist ein spezifisches Gift der Natriumpumpe der Zellmembranen der Säugerzellen. Kürzlich konnte die Giessener Arbeitsgruppe zeigen, daß Ouabain (g-Strophanthin) (Bild 4) in den Nebennieren des Rindes vorkommt und als neuartiges Steroidhormon bei Säugetieren  und Menschen unter Kreislaufbelastung vermehrt ins Blut ausgeschüttet wird. Ouabain wurde bei 50% der Patienten mit essentieller Hypertonie erhöht gefunden und ist somit wesentlich an der Entstehung dieser Krankheit beteiligt (Bild 5). Ebenso wie für alle anderen Steroidhormone existiert auch für Herzglykoside ein spezifisches Bindungsglobulin im Blut, das vermutlich Zellen vor unphysiologisch hohen Blutkonzentrationen an Ouabain und anderen cardiotonen Steroiden (Cardenolide, Bufadienolide) schützt. Die Interaktion des neuen kardiotonen Steroidhormons Ouabain mit anderen Hormonen des Salz-und Wasserhaushaltes sowie der Herzfunktion ist derzeit unbekannt, ebenso wie die Regulation der Freisetzung und der Biosynthese.

 Die Arbeitsgruppe untersucht daher:

• Wie setzt die membranüberspannende Natriumpumpe die bei der Spaltung von ATP freiwerdende Energie in den vektoriellen Prozess des Exports von Na⁺ und des Imports von K⁺ um? Wie arbeitet diese Pumpe molekular? Wie wird Energie von einer spezifischen alpha- Untereinheit auf die Nachbaruntereinheit übertragen?
• Wie wird die Freisetzung endogenen Ouabains gesteuert? Gibt es neben dem endogenen Ouabain noch andere endogene kardiotone Steroidhormone und wie ist ihre Struktur? Welche biologische Funktion haben endogene Herzglykoside für die Herzfunktion, die Entwicklung des Bluthochdrucks und der Herzinsuffizienz?
• Welche Struktur und Funktion hat das im Blut kreisende Herzglykosid-Bindungsglobulin?

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