Wechselwirkungen der V-ATPasevon Manduca sexta mit dem Aktin ...

1. Einleitung
1.1. V-ATPasen: Biologische Funktionen, Struktur und Regulation
Einleitung
V-ATPasen sind Protonen-Pumpen und kommen in jeder eukaryotischen Zelle vor.
Entdeckt wurden sie in Chromaffin-Granula, wo sie den Transport von Catecholaminen ener-
getisieren (Kirshner, 1962; Njus and Radda, 1978). Die Lokalisierung im vakuolären System
der Zelle war ausschlaggebend für die Benennung dieses Typs von Ionenpumpen als V-
ATPasen (Nelson, 1992). Inzwischen weiß man, dass es für V-ATPasen zwei prinzipielle Lo-
kalisationen in der Zelle gibt. Sie kommen nicht nur in Endomembranen vor, wie im Fall der
sauren Organellen, sondern auch in Plasmamembranen, wie bei Osteoklasten oder in be-
stimmten Epithelien von Insekten (Stevens and Forgac, 1997; Wieczorek et al., 1999).
In beiden Fällen katalysieren V-ATPasen die Hydrolyse von ATP, wobei sie die ent-
stehende Energie für den aktiven Transport von Protonen durch die Membran nutzen. Damit
gehören die V-ATPasen neben den P- und F-ATPasen zu den Ionentransport-Proteinen, die
einen primär aktiven Transport in der Zelle erzeugen (Pedersen and Carafoli, 1987). Der
durch primären Transport erzeugte Konzentrationsgradient zusammen mit der elektrischen
Spannung entspricht der ionenmotorischen Kraft, die ihrerseits sekundäre Transportprozesse
energetisiert (Harold, 1986). Die eukaryotischen V-ATPasen erzeugen eine protonenmotori-
sche Kraft, mit deren Hilfe H + - und/oder spannungsabhängige Transportprozesse durch
Membranen energetisiert werden können.
Einige wenige Beispiele mögen die Bedeutung von V-ATPasen in intrazellulären
Membranen belegen. So ist die Ankonzentrierung unterschiedlichster Substanzen in sekretori-
schen Organellen wie Chromaffin-Granula, synaptischen Vesikeln oder Mikrovesikeln an die
Energetisierung durch V-ATPasen gekoppelt (Grinstein et al., 1992; Moriyama et al., 1996;
Nelson, 1992). Die durch V-ATPasen energetisierte Ansäuerung in Lysosomen aktiviert saure
Hydrolasen, und beim Akrosom, einem spezialisierten Lysosom in Säugerspermien, wird da-
durch erst die Befruchtung der Eizelle ermöglicht (McLeskey et al., 1998). Auch beim Ab-
wehrsystem von Säugetieren spielen V-ATPasen eine wichtige Rolle, indem sie Phagosomen
ansäuern und damit verschiedene Proteasen und Lipasen, die notwendig für die Bekämpfung
von Infektionen sind, aktivieren (Lukacs et al., 1990; Pitt et al., 1992).
Die Abbildung 1 erläutert die Bedeutung von V-ATPasen in der Plasmamembran am
Beispiel der Energetisierung des Mitteldarmepithels der Raupen von Manduca sexta. Die V-
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