19.12: Das ADP/ATP Trägerprotein

Das ADP/ATP-Trägerprotein oder AAC-Protein ist das am häufigsten vorkommende Trägerprotein in der inneren Mitochondrienmembran. Er transportiert täglich große Mengen an ADP und ATP, was dem durchschnittlichen Körpergewicht des Menschen entspricht. Neben anderen Transportern ist das ACC-Protein eines der am besten untersuchten Mitglieder der Familie der mitochondrialen Trägerproteine. Das ADP/ATP-Trägerprotein besteht aus zwei Transmembranhelices, die mit einer Schleife verbunden sind, und einer einzelnen Alpha-Helix auf der Matrixseite. Es schaltet zwischen zwei Konformationszuständen um: dem zytoplasmatischen offenen Zustand und dem matrixoffenen Zustand. Infolgedessen ist die Substratbindungsstelle des Transporters abwechselnd für jedes der Kompartimente für die ADP/ATP-Bindung zugänglich.

Die meisten eukaryotischen Zellen exprimieren unterschiedliche Isoformen des ADP/ATP-Trägerproteins. Zum Beispiel gibt es beim Menschen vier Isoformen, AAC1, AAC2, AAC3 und AAC4, mit unterschiedlichen Expressionsmustern zwischen den Zellen. Unabhängig von den Isoformen weisen alle ADP/ATP-Trägerproteine eine deutlich höhere Substratspezifität auf als andere Transporter innerhalb der mitochondrialen Membranen. AAC erkennt jeden Teil der Nukleotidstruktur und lässt nur geladene Nukleotide durch. Zum Beispiel hat ATP eine Ladung von -4 und ADP eine -3-Ladung, und beide werden daher vom AAC-Protein erkannt. Im Gegensatz dazu lehnt AAC jedes ungeladene Nukleotid, wie z.B. AMP, aufgrund seiner Ladungsselektivität ab.

Die meisten Transporter bilden mit anderen Proteinen große Superkomplexe. Lange Zeit ging man davon aus, dass der ADP/ATP-Träger, die Phosphatträgerproteine und die ATP-Synthase einen großen Komplex namens ATP-Synthasom bilden. Inzwischen ist jedoch bekannt, dass die ATP-Synthase an der Cristae-Spitze Dimere bildet. Diese Anordnung führt dazu, dass nur der rotierende C-Ring der Lipiddoppelschicht ausgesetzt ist, ohne plausible Bindungsstellen für die Transporter. Somit funktioniert das ACC unabhängig voneinander beim Transport von ADP und ATP durch die innere Mitochondrienmembran.