# Moderne Methoden der Zellbiologie

IV: Fluoreszenztechniken II (INHALT) |

### Calcium-Messungen mit Aequorin

HIGHRES (105 kbyte) | Spektren einiger ionensensitiver Fluoreszenzfarbstoffe Tabelle ionensensitiver Fluoreszenzfarbstoffe Ausbreitung eines zellulären Ca2+-Signals

Aequorin Der erste ionensensitive Farbstoff, mit dem intrazelluläre Ionenkonzentrationen gemessen wurde, war das Protein Aequorin der pazifischen Qualle Aequorea forskalea. In den sechziger Jahren hatte die Arbeitsgruppe von O. Shimomura berichtet, daß aus Leuchtquallen der Gattung Aequorea ein Protein isoliert werden kann, das bei Kontakt mit Ca2+ bläuliches Licht emittiert (Shimomura, Johnson, Saiga; 1962). Aequorin zeigt keine Fluoreszenz sondern Chemilumineszenz, d.h. die Lichtemission wird nicht durch Absorption von Licht stimuliert (wie bei der Fluoreszenz) sondern durch eine chemische Reaktion, in diesem Fall durch die Bindung von Ca2+-Ionen. Zwei englische Muskelphysiologen, C.C. Ashley und E.B. Ridgway (1970), hatten die Idee, dieses Protein als Ca2+-Sensoren in Muskelfasern einzusetzen. Sie wollten damit überprüfen, ob jede Muskelkontraktion mit einem Anstieg der intrazelluläre Ca2+-Konzentration verbunden ist. Das Experiment ist unten gezeigt. Die Fähigkeit, Licht zu produzieren, ist im Tierreich weitverbreitet. Ein guter Einstieg für Recherchen ist The Bioluminescence Web Page. Das Bild rechts zeigt Aequorea victoria. Das hier gezeigte Licht ist nicht Biolumineszenz sondern reflektiertes Licht vom Blitzgerät der Kamera. Die Tiere besitzen Leuchtorgane, die ein ringförmiges Leuchtmuster erzeugen können. Der biologische Zweck dieser Leuchtorgane ist noch nicht verstanden. Quelle: Mills, C.E. 1999-2000. Bioluminescence of Aequorea, a hydromedusa. Electronic internet document available at http://faculty.washington.edu/cemills/Aequorea.html.

Versuchsaufbau zur Darstellung von Ca2+-Signalen in kontrahierenden Muskelfasern. Eine Muskelfaser wird in ein Kraftmessgerät eingespannt, das dazu dient, die bei der Kontaktion auftretende isometrische Kraftentwicklung zu messen. Die Kontraktion wird durch elektrische Stimulation ausgelöst. Nach Injektion von etwa 1 mM Aequorin wird bei jedem Anstieg der Ca2+-Konzentration Licht emittiert, das durch eine Linse auf einen Lichtdetektor (Photomultiplier) fokussiert wird. Mit dieser Versuchsanordnung erhält man bei jeder Kontraktion zwei Meßsignale: die Konraktionskraft (blau) und das Ca2+-abhängige Aequorinsignal (rot). Die Registrierungen unten zeigen, daß jede Kontraktion mit einem Anstieg der Ca2+- Konzentration verbunden ist, und daß bei hochfrequenter Reizung die Ca2+-Konzentration zwischen den einzelnen Reizen nicht mehr auf den Ruhewert absinkt - es kommt zur vollständigen Überlagerung der Einzelzuckungen, dem Tetanus.
Aus: Schmidt, R.F., Thews, G. (1997)

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