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News: Schnell genug zittern

Was tut ein moderner Wissenschaftler, wenn experimentelle Daten der Intuition widersprechen und kein Versuch vorstellbar ist, mit dem der fragliche Vorgang genauer überprüft werden könnte? - Er simuliert die Situation am Computer. Bei komplizierten Systemen hat der Rechner dann alle Schaltkreise voll zu tun. Fast drei Monate benötigte er, um zu zeigen, wie das Enzym Acetylcholinesterase auf Nervenzellen trotz seines kleinen Eingangsbereiches das Substrat schnell genug binden kann: Es schnappt mit hoher Geschwindigkeit auf und zu.
Nervenzellen geben Botschaften weiter, indem sie bestimmte Moleküle freisetzen, die sogenannten Neurotransmitter. Diese veranlassen dann die angrenzenden Neuronen ihrerseits zu feuern. Um die Signale klar trennen zu können, bauen Enzyme die Neurotransmitter zwischen den einzelnen Nachrichten ab.

Das Enzym Acetylcholinesterase hat es offensichtlich besonders schwer, dieser Aufgabe nachzukommen: Der Neurotransmitter Acetylcholin muß nämlich in einen ziemlich engen Spalt gelangen, um an dessen Boden an das reaktive Zentrum zu binden. Zusätzlich blockiert ein beweglicher Ring von Molekülen den Eingangsbereich über 97 Prozent der Zeit. Der Biochemiker Andrew McCammon von der University of California in San Diego fragte sich nun, wie das Enzym so effizient arbeiten könne, obwohl doch die Chancen des Neurotransmitters, jemals in den katalytisch aktiven Bereich des Enzyms zu gelangen, so schlecht stehen.

Um diese Frage zu beantworten, simulierten McCammon und seine Kollegen mit einem Großrechner kleinste Veränderungen der Gestalt des Enzyms. Sie verfolgten für eine Milliardstel Sekunde die Bewegung einzelner Atome im Enzym und sahen, wie die Atome einander stießen und zerrten und ebenso mit den umgebenden Wassermolekülen umgingen. Bei annähernd 130 000 zu simulierenden Atomen dauerte das Experiment fast drei Monate. Die Forscher stellten fest, daß sich der Eingang zum Spalt so schnell öffnet und schließt, daß alle in der Nähe befindlichen Acetylcholin-Moleküle ausreichend viele Möglichkeiten haben, zum aktiven Zentrum im Enzym zu gelangen. Moleküle, die nur ein wenig größer als der Neurotransmitter sind, haben es jedoch tausendmal schwerer, hineinzukommen – eine effektive Methode, die Bindestelle frei zu halten.

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