Wenn Sie sich morgens im Spiegel betrachten, dann erliegen Sie einer Illusion, nämlich einen nahezu unveränderten, ruhigen Körper zu betrachten. Tatsächlich pulsiert hinter der Hautfassade ein unsichtbarer Strom molekularbiologischer Erneuerung und Zerstörung. Permanent werden nicht nur Flüssigkeiten und Salze in den Körperzellen ausgetauscht, auch die Grundbausteine des Lebens, die Eiweiße (Proteine) unterliegen einem steten Auf- und Abbau. So schwappen in jeder Zelle zehntausende verschiedener Proteine. Manche von ihnen, etwa Botenstoffe, existieren nur für Sekunden. Andere halten sich für Minuten oder Stunden, zählebige Vertreter wie etwa der Blutfarbstoff Hämoglobin überdauern sogar etwa hundert Tage. Doch am Ende landen alle im Eiweißschredder der Zelle und werden dort in ihre Bestandteile zerhackt.Diese wiederum fließen alsbald zurück in den rauschenden Strom runderneuerten Lebens. Fünf Nobelpreise wurden bereits vergeben für wichtige Erkenntnisse über den Aufbau von Proteinen. Da die Lebensmaschinerie längst überquellen müsste vor lauter noblen Eiweißsynthesen war es höchste Zeit, sich endlich auch um die Entsorgung der Proteine zu kümmern. Ausgespäht in dieser Disziplin wurden nun zwei Israelis, Avram Hershko (67) und Aaron Ciechanover (57), beide vom Israel Institute of Technology in Haifa, nebst ihrem alten amerikanischen Forschungskumpel Irwin Rose (78) von der University of California in Irvine, USA. Das Trio erfuhr am Mittwoch aus Stockholm von der Königlichen Akademie der Wissenschaften, dass es sich brüderlich den diesjährigen Chemienobelpreis und 1,1 Millionen Euro zu teilen habe für die "Entdeckung des Ubiquitin-vermittelten Protein-Abbaus". Alles klar? Das ausgezeichnete Molekül Ubiquitin ist, wie sein Name besagt, in lebenden Organismen ubiquitär, sprich überall zu finden. Und seine ebenso grausame wie lebensrettende Aufgabe besteht darin, im molekularen Gewühl der Zelle "Todesküsse" (Originalton aus Stockholm) auszuteilen an jene Proteine, die bei der Qualitätskontrolle in der Zelle durchgefallen sind oder wegen drohender Überzahl anstehen zur Vernichtung. Biochemisch verrichtet das Ubiquitin seinen Henkerjob grob verkürzt wie folgt: Es bandelt mit einem Enzym an, das defekte oder überschüssige Eiweiße "erkennen" und locker binden kann. An solche vernichtungsreife, enzymgebundene Proteine bindet sich das Ubiquitin wie eine Fessel. Zwar hat ein solches mit Ubiquitin behaftetes Protein zunächst noch eine Überlebenschance. Doch wenn es mehrfach von Enzymen als Todeskandidat eingefangen und etwa viermal mit Ubiquitin markiert wurde, dann ist sein Schicksal besiegelt. Die angesammelten Ubiquitin-Moleküle auf einem Protein dienten den Eiweißschreddern in der Zelle als Signal, dieses Molekül zu vernichten. Die Schredder, in der Fachsprache Proteasome genannt, haben eine tonnenförmige Struktur und ziehen das markierte Protein in sich hinein. Dabei setzen sie alle Ubiquitinmarker wieder frei, spalten das Eiweiß in viele Bruchstücke und spucken die Teile wieder aus (siehe Animation) . Wie heftig menschliche Zellen mit ihren Proteinen umspringen, lassen zwei Zahlen erahnen, die das Nobelkomitee aufführt: So enthält jede menschliche Zelle etwa 30.000 Proteasomen, also ein ganze Armada von Eiweißvernichtungsmaschinen. Es ist also teuflisch viel los hinter der Haut, denn die Natur produziert nur solche Elemente in großer Zahl, die sie tatsächlich auch nutzt. Und an Futter fehlt es den 30.000 Nanorobotern nicht. Die Zelle produziert ständig neue Eiweiße. Davon fällt fast ein Drittel bei der strengen Qualitätsprüfung durch, sie werden von den Proteasomen gleich wieder kleingehäckselt.Es bedurfte harter, langjähriger Puzzlearbeit, etwa von 1975 bis 1983, bis die drei Laureaten die Grundzüge des ubiquitingesteuerten Eiweißabbaus geklärt hatten. Sie lösten damit eine Lawine von tausenden Forschungsprojekten aus – und allmählich zeichnet sich ab, welche konkreten Aufgaben und Folgen mit dieser fundamentalen Biochemie verknüpft sind. Beispielsweise verhindern Pflanzen mittels Ubiquitin und Proteasomen die unerwünschte Selbstbestäubung. Dringen eigene Pollen in die Blüte ein zur Selbstbefruchtung, dann werden ihre Proteine markiert und zerstört. Gezielter Eiweißabbau steuert auch anderen grundlegende biologische Vorgänge, etwa die Zellteilung. So bindet beispielsweise ein seilartiges Eiweiß die Träger des Erbguts, die Chromosomen, paarweise zusammen. Vor jeder Zellteilung müssen die Chromosomenpaare erst einmal getrennt und anschließend durch Kopieren verdoppelt werden. Als Auslöser wirkt das Aufschneiden und Zerstören der Eiweißschnur um die Chromosomenpaare.Ohne Ubiquitin und Proteasome gäbe es kein Wachstum. Manchmal läuft bei der Embryonalentwicklung etwas schief beim Auftrennen der Chromosomen, die neu entstandenen Zellen bekommen dann zu viele oder zu wenige Chromosomen mit auf den Lebensweg. Dies endet meist tödlich, falsche Chromosomenteilung gilt als die häufigste Ursache von spontanen Aborten. Nur wenige überleben. Wird beispielsweise das Chromosom 21 irrtümlich in dreifacher Ausführung (statt paarweise) weitergegeben, dann leidet das heranwachsende Kind an Trisomie 21, auch Down-Syndrom oder Mongolismus genannt. Auch die meisten bösartigen Tumoren enthalten Zellen mit veränderter Chromosomenzahl.Der gezielte Eiweißabbau prägt jedoch nicht nur die Wachstumssteuerung von Zellen, sondern auch deren Qualitätskontrolle. Hierbei spielt ein Eiweiß namens p53 eine prominente Rolle, es gilt als "Wächter des Erbguts" und als Unterdrücker von Geschwulsten (Tumorsuppressor). Eine gesunde Zelle enthält nur wenige p53-Proteine. Sie werden zwar ständig produziert, aber ebenso kontinuierlich auch wieder abgebaut durch die bekannte Häckselmethode. Diese leerlaufende Maschinerie ist für die Zelle kein Luxus, denn sie hält damit ihr lebensrettendes Reparatursystem unter Dampf: Wird nämlich das Erbgut beschädigt, sei es durch aggressive Stoffwechselprodukte (Radikale), durch eindringende Mikroben oder durch Licht (Sonnenbrand), dann stoppt die Zelle den Abbau von p53. Die Menge dieses Proteins steigt rasch an und dadurch schaltet sich eine ganze Reihe von Genen an, die zunächst für eine Reparatur des Erbguts sorgen. Gelingt diese Reparatur nicht, weil der angerichtete Schaden zu groß ist, dann ziehen die Zellwächter die Notbremse: p53-Eiweiße lösen den Selbstmord der Zelle aus.Dies klingt radikal, ist aber überlebenswichtig. Denn so sorgt der Körper nicht nur für eine permanente Erneuerung defekter Zellen, er verhindert auch den raschen Tod durch Krebs. Wie wichtig das p53-Wächtersystem ist verdeutlicht die Tatsache, dass es in mehr als der Hälfte aller menschlichen Krebserkrankungen durch Mutationen gestört ist. Als ein Beispiel nennt das Nobelkomitee den sehr häufigen Gebärmutterkrebs (Cervixkarzinom). Auslöser der Wucherungen ist meist eine Infektion mit Papillomaviren (Warzenviren). Die Viren dringen in die Zellen ein und verursachen eine fast vollständige Zerstörung der p53-Wächterproteine – durch Ubiquitin und Schredderung. Dies beeinträchtigt die Reparaturfähigkeit der infizierten Zellen und behindert ihre Fähigkeit zur Selbstzerstörung bei schweren Schäden. Das Resultat ist Krebs.Dank der Pionierarbeit der drei Nobelpreisträger verstehen Molekularbiologen die Biochemie des Lebens inzwischen deutlich besser. Zwar wird eine erstes Krebsmedikament, das Proteasomen bei ihrer Häckselarbeit bremst, bereits klinisch getestet, doch auch das Nobelkomitee meint, dass es noch viele Jahre dauern wird, bis der medizinische Nutzen der Entdeckung voll sichtbar wird. Wenn Sie also morgens in den Spiegel schauen, denken Sie daran: Hinter der stillen Hautfassade produzieren Myriaden molekularer Maschinen in atemberaubendem Tempo ständig Eiweiße und vernichten sie wieder. Zum Glück bleibt dieses Drama unsichtbar. Denn all die auftretenden Fehler, Vernichtungsaktionen und Suizide könnten selbst Hartgesottenen die Morgenlaune verderben.