Soluhengityksen mekanismi selviämässä
6.4.2006
Akatemiaprofessori Mårten Wikströmin tutkimusryhmä Helsingin yliopiston Biotekniikan instituutista on onnistunut ensimmäisenä ratkaisemaan tärkeän vaiheen soluhengityksen mekanismissa, solujen polttoaineen tuottoon tarvittavan protonipumpun käynnistymisvaiheen. Tiedelehti Nature julkaisi tuoreet tutkimustulokset tämänpäiväisessä numerossaan.
Soluhengityksellä tarkoitetaan reaktiota, jossa solun sisälle siirtyy happea ja solusta poistuu hiilidioksidia. Solun sisällä happi yhtyy sokerimolekyylin kanssa, jolloin syntyy hiilidioksidia ja vettä. Samalla vapautuu energiaa, jota solut tarvitsevat toimiakseen.
Soluhengityksen hapenkulutus on tarkoin säädelty reaktio, joka tapahtuu solun hengityskeskuksessa, mitokondriossa. Hengitysentsyymi sytokromioksidaasi toimii protonipumppuna, joka muuttaa hapesta vapautuvan energian jännite-eroksi, jota toinen entsyymi hyödyntää solun polttoaineen (ATP:n) valmistuksessa. Wikströmin ryhmän tutkimustulokset paljastivat kytkennän protonipumpun toiminnan ja entsyymin toiminnan välillä. Kyseessä on elektroninsiirtoreaktio, joka käynnistää pumpun toiminnan ensimmäisen vaiheen.
Protonipumppu liittyy kiinteästi prosessiin, jossa ravinnosta saamamme energia muutetaan solujemme polttoaineeksi. Toinen entsyymi käyttää hyväksi protonipumpun synnyttämää jännite-eroa muodostaen ATP:ta elämää ylläpitäviin, energiaa vaativiin toimintoihin, kuten lihassupistuksiin ja hermoimpulsseihin. Järjestelmän keskeinen biologinen merkitys käy ilmi muun muassa siinä, että soluhengityksen salpautuessa, esimerkiksi sinihapon (syanidin) vaikutuksesta, kuolema seuraa lähes välittömästi.
Soluhengitys ja sen taustalla oleva mekanismi on ollut tutkimuksen kohteena jo 30 vuotta. Wikströmin ryhmä tutkii sytokromioksidaasia ja pumpputoimintaa biofysikaalisilla menetelmillä, joiden ajallinen erotuskyky alittaa mikrosekunnin. Näin on pystytty seuraamaan entsyymin toiminnan yksityiskohtia reaaliaikaisesti.