254 | FÖRDERUNG DES WISSENSCHAFTLICHEN NACHWUCHSES

gereicht. Die Funktionsweise dieser Innenmembran-Translokase, TIM23-Kom-
plex genannt, steht im Mittelpunkt meiner Arbeit. Dieser TIM23-Komplex kann
sowohl wasserunlösliche Vorstufenproteine in die innere Membran einbauen als
auch wasserlösliche Proteine über diese Membran hinweg in die Matrix trans-
portieren. Für den Matrix-Transport muss der TIM23-Komplex an einen
Importmotor-Komplex gekoppelt werden, der die im Adenosintriphosphat
(ATP) gespeicherte chemische Energie in eine gerichtete Bewegung des Vorstu-
fenproteins umwandelt. Für den Einbau von Vorstufenproteinen in die innere
Membran hingegen stellt das elektrische Feld über diese Membran, das im Zug
des mitochondrialen Energiestoffwechsels entsteht, eine hinreichende Energie-
quelle dar.
Wir haben den TIM23-Komplex aus Mitochondrien der Bäckerhefe isoliert
und im Detail untersucht. In der Bäckerhefe ist es problemlos möglich, Fusionspro-
teine aus TIM23-Proteinkomponenten herzustellen. Ein solches Fusionsprotein aus
der zentralen Translokase-Komponente Tim23 und dem bakteriellen Protein A
erlaubt es, den TIM23-Komplex über die hohe Affinität von Protein A zu Antikör-
pern der Immunglobulin G-Familie zu reinigen. So haben wir herausgefunden, dass
die Membran-integrale Translokase aus vier und der assoziierte Importmotor aus
fünf verschiedenen Proteinen besteht. Interessanterweise führten diese Experimente
ebenso zu der Erkenntnis, der es in der mitochondrialen Innenmembran zwei ver-
schiedene Formen des TIM23-Komplexes gibt. Nur eine dieser Formen ist mit dem
Importmotor verbunden, während die andere motorfrei ist, dafür aber ein weiteres
Membran-integrales Protein, Tim21, enthält. Was ist nun die Funktion dieser beiden
Formen? Um diese Frage zu beantworten, muss man sich noch einmal vor Augen
führen, dass der Importmotor lediglich für den Proteintransport über die Membran
in die Matrix, nicht aber für den Einbau von wasserunlöslichen Proteinen in die
Membran gebraucht wird. Diese Überlegung führte zu der Vermutung, dass die
motorfreie, Tim21 enthaltende Form spezifisch für den Membraneinbau zuständig
sein könnte.
Um diese Hypothese zu testen, reinigten wir den TIM23-Komplex über
ein Tim21 -Protein A-Fusionskonstrukt, um so ausschließlich die motorfreie
Form zu erhalten. Dieser isolierte Komplex wurde nun in synthetische Mem-
branbläschen, so genannte Liposomen, rekonstituiert. Diese TIM23-Liposomen
ähneln einem Organell in der Hinsicht, dass sie von einer geschlossenen Lipid-
Doppelschicht umgebene kugelförmige Gebilde sind. Sie enthalten aber außer
dem von uns eingebauten motorfreien TIM23-Komplex keine weiteren Protei-
ne. Um das als Energiequelle essentielle elektrische Feld über die innere Mito-
chondrienmembran nachzustellen, wurde ein künstliches Kalium-Diffusions-
potential erzeugt.
Mit diesen Liposomen durchgeführte Import-Experimente konnten tatsäch-
lich belegen, dass der motorfreie TIM23-Komplex in der Lage ist, wasserunlösliche
mitochondriale Vorstufenproteine in die Liposomen-Membran einzubauen. Auf
diese Weise konnte zum ersten Mal der Einbau von Proteinen in eine mitochon-
driale Membran mit isolierten Komponenten rekonstituiert werden. Wir konnten