Was Proteine stark macht

News: Was Proteine stark macht

In der Art wie Häuser brauchen auch Proteine 'Nägel' und 'Schrauben', um ihre dreidimensionale Form zu finden und unter extremen Bedingungen wie etwa Hitze auch zu behalten. Durch den Vergleich der Bindungen eines sehr hitzeresistenten mit einem eng verwandten empfindlicheren Proteins konnten Wissenschaftler die für die Stabilität entscheidenden Verknüpfungen ermitteln und somit klären, was ein Protein im Innersten oder doch zumindest am stärksten zusammenhält.

Die Bindungen, die lange Aminosäureketten in die dreidimensionale Struktur eines funktionsfähigen Proteins bringen, sind typischer Lehrbuchstoff: elektrostatische Wechselwirkungen, hydrophobe Interaktionen zwischen unpolaren Resten und andere Bindungen. Das Verständnis darüber, welche dieser Kräfte die Proteinstruktur am besten stabilisieren, könnte Forschern helfen, länger wirksame Medikamente oder bessere Seifenlaugen zu entwickeln. Aber bisher war es wie verhext. Es ist ausgesprochen schwierig festzustellen, welche Bindungen den Rahmen des Proteins bilden und welche diese Verknüpfungen nur stabilisieren, da jede Aminosäure in einem Molekül mit einer ganzen Reihe anderer über Anziehungs- oder Abstoßungskräfte verbunden ist.

Wissenschaftler unter der Leitung des Proteinchemikers Franz Schmid von der Universität Bayreuth gingen die Suche nach den entscheidenden Bindungen ganz einfach an. Sie verglichen zwei sehr ähnlichen Proteine von verschiedenen Bakterienarten miteinander, die sich nur in zwölf Aminosäuren unterschieden. Trotz dieser geringen Abweichung zeigen die beiden Eiweißmoleküle aber ganz verschiedene Eigenschaften: Das eine stammt aus einer Art, die in sehr heißem Wasser gedeiht, weshalb es sehr hitzeresistent ist, während das andere aus einem moderateren Stamm kommt und daher bei hohen Temperaturen gerinnt, also seine dreidimensionale Struktur verliert.

Das Herumspielen und Basteln mit den verschiedenen Bindungen, welche die zwölf Reste eingehen können, ergab, dass eine elektrostatische und eine hydrophobe Wechselwirkung für die Hitzeresistenz verantwortlich sind. Durch Vertauschen der an diesen Bindungen beteiligten Aminosäuren verlieren die Proteine bei Hitze ihre Struktur (Nature Structural Biology vom Mai 2000). Aber wenn diese Verknüpfungen andererseits in die instabileren Proteine eingeführt wurden, überstanden sie bis zu 28 Grad Celsius höhere Temperaturen als normal. "Es ist sehr einfach, ein 'gutes' Protein 'schlecht' zu machen", erklärt Schmid, aber eine größere Herausforderung ist es, ein schwaches zu stabilisieren.

"Es ist eine nette, eindeutig Antwort" auf die Frage, was manche Proteine widerstandsfähiger gegenüber Hitze und anderen extremen Bedingungen macht, sagt der Biochemiker C. Nick Pace von der Texas A&M University in College Station. Das Ergebnis der Studie sowie andere Veröffentlichungen im letzten Jahr verdeutlichen die Wichtigkeit von elektrostatischen Wechselwirkungen für die Struktur von Proteinen und kann Chemikern dabei helfen, stabilere Medikamente auf Eiweißbasis zu entwickeln.

Siehe auch

Spektrum Ticker vom 22.2.1999
"Fast wie Origami"
Spektrum Ticker vom 17.5.1999
"Größtes Protein geschmiedet"
(nur für Ticker-Abonnenten zugänglich)
Spektrum Ticker vom 14.5.1999
"Molekulare Chiropraktiker"
(nur für Ticker-Abonnenten zugänglich)