Protonen in Tierzellen: Rolle im Stoffwechsel & medizinische Anwendungen

Protonen befinden sich im Kern jeder Tierzelle. Es gibt viele Verwendungen von Protonen in und an tierischem Gewebe. Manchmal werden Protonen als Leiter durch die Membran eines zellulären Organells verwendet; diese Leitungsaktion erzeugt Wirkungen, die den Stoffwechsel von Abfallprodukten und den Sauerstoffverbrauch unterstützen. Manchmal werden Protonen auch als Bestandteile von Medizintechnologie verwendet.

Strahlentherapie

Protonen werden häufig in der Strahlentherapie für bestimmte Arten von Krebspatienten verwendet. Da ihre Wirkungen denen von Röntgenstrahlen ähneln, können sie in Strahlentherapien eingesetzt werden, um Tumore zu behandeln, die sich sehr nahe an den kritischen Strukturen des Körpers befinden. Dies macht auch hochenergetische Protonen für den Einsatz in hochlokalisierten Strahlenbehandlungen geeignet. Diese hochenergetischen Protonen werden häufig zur Behandlung sehr bestimmter Krebsarten eingesetzt, wie zum Beispiel Augenmelanom, Sarkom an der Schädelbasis und Chordome. Protonen können oft verwendet werden, um Krebspatienten größere Dosen Strahlentherapie zu verabreichen, als sie sonst erhalten würden.

Protonenpumpen

Forscher haben Protonenpumpenmechanismen in den Membranen von Lysosomen von Tierzellen gefunden. Lysosomen sind Organellen, die Abfallprodukte des Körpers und der einzelnen Zelle abbauen. Laut Eric Holtzman, ehemaligem Vorsitzenden des biologischen Wissenschaftsprogramms der Columbia University, säuern sich Lysosomen als Teil des Entsorgungsprozesses selbst an; diese Versauerung wird durch eine Protonenpumpe in der Membran des Lysosoms katalysiert, die Protonen über diese Membran translokiert. Forscher haben diese Protonenpumpen in Nieren- und Leberzellen von Tieren, in Vakuolen von Pflanzenzellen und in Hefe- und Pilzzellen gefunden.

Mitochondrialer Protonenleck

Die Mitochondrien sind ein weiteres zelluläres Organell. Oft als „das Kraftwerk der Zelle“ bezeichnet, produzieren die Mitochondrien ATP; die Substanz, die Energie erzeugt. Der mitochondriale Protonenleck ist ein wichtiger Teil des Stoffwechselprozesses bei Tieren und kann entweder ein Drittel oder ein Viertel des Standardstoffwechsels kleinerer Tiere wie Ratten ausmachen. Die Leitung von Protonen über die innere Membran der Mitochondrien unterstützt den Sauerstoffverbrauch in der Zelle; alles tierische Leben hängt davon ab, dass Zellen Sauerstoff richtig verbrauchen.

Magnetresonanztomographie

Magnetresonanztomographie oder MRT-Scanner werden verwendet, um in den menschlichen Körper zu sehen; oft überprüfen Ärzte auf Tumore, Blutgerinnsel oder Verkalkung von Arterien, wenn sie MRT-Geräte verwenden. MRT-Geräte verwenden tatsächlich oft Protonen, um das Magnetfeld zu erzeugen, das sie benötigen, um in den menschlichen Körper zu sehen. Wenn sie einem elektrischen Strom ausgesetzt werden, geben Protonen ein schwaches Magnetfeld ab. Die durch diese Belastung erzeugte Drehung erzeugt die Helligkeit, die es ermöglicht, das interne Körperbild zu betrachten.