Medizin Wie das Leben so faltet
Die sogenannte Proteinfaltung in den menschlichen Körperzellen entscheidet über Krankheit, Alter und Tod
© University of Oxford/Getty Images

Das Anthrax-Molekül besteht aus insgesamt sieben miteinander verbundenen Protein-Einheiten,vier davon sind hier in unterschiedlichen Farben dargestellt. Das Computerbild zeigt deutlich ihre Sekundärstrukturen: Aplha-Helices (Spiralen), Beta-Faltblätten (platte Stränge) und Haarnadelstrukturen (Schleifen)
Am Rande Berlins, zwischen Laborgebäuden und zugewucherten Grünflächen, liegt das Café Max. Erich Wanker, Proteinforscher und gebürtiger Kärntner, setzt sich an einen Tisch und sagt zur Bedienung nur ein Wort: »Kännchen«. Er sagt es mit einem gedehnten ä, »Käänchen«, als ob er ein kleines Boot meinte. Der Ober stutzt. »Ein Käänchen!«, wiederholt Wanker ungeduldig. So geht es ein paarmal hin und her, bis sich ein Gast erbarmt und das Wort auf Hochdeutsch wiederholt.
Das Wort »Kännchen« wird im Österreichischen und im Deutschen genau gleich buchstabiert – aber die Aussprache ist grundverschieden. Die Sprachverwirrung ist eine Allegorie auf Wankers Forschungsgebiet. Der Molekularbiologe beschäftigt sich gleichsam mit Eiweiß-Dialekten. Die Proteine, die der Biochemiker untersucht, gleichen in ihrer Zusammensetzung ganz normalen Proteinen; sie enthalten exakt dieselbe Abfolge von Aminosäuren. Dennoch ist ihre Ausprägung verschieden, denn sie sind dreidimensional falsch gefaltet.
Im Café Max des Max-Delbrück-Centrums für Molekulare Medizin kann die kleine sprachliche Dissonanz lediglich zu unfreiwilliger Kaffeeabstinenz führen; auf molekularer Ebene hat die unterschiedliche Ausprägung oft verhängnisvolle Folgen. Auf fehlgefaltete Proteine geht nämlich ein ganzes Spektrum von Erkrankungen zurück; es reicht von häufigen Leiden wie Krebs, Diabetes oder Arterienverkalkung bis hin zu seltenen Stoffwechselkrankheiten.
Die Idee, Krankheiten vor allem als Faltungsunfall zu betrachten, beflügelt zurzeit ebenso die Fantasien der Biowissenschaftler wie jene der Pharmaindustrie. Letztere spekuliert auf neue, gewinnbringende Medikamente, die Bioforscher dagegen hoffen auf ein neues Verständnis der Lebensvorgänge. Knapp ein Jahrzehnt nach der Entschlüsselung des menschlichen Genoms hat sich gezeigt, dass die Hoffnung auf die allumfassende Erklärungskraft der Gene überzogen war. Inzwischen offenbart sich in immer mehr Fällen, dass nicht die Information der Gene, sondern eher die dreidimensionale Faltung der Proteine über Wohl und Wehe im menschlichen Körper bestimmt.
Vor Erich Wanker steht inzwischen ein Kännchen Kaffee. Der Kärntner entspannt sich und beginnt, über sein Arbeitsgebiet zu plaudern: über Eiweiße, die sich falten wie kunstvolle Origami-Figuren; oder über die Ableitung des Wortes »Protein« aus dem griechischen proteios, das so viel bedeutet wie »an erster Stelle stehend«. In den Genen mögen zwar die Baupläne des Lebens stecken, meint Wanker, aber tatsächlich stünden die Proteine an vorderster Front des Lebens selbst.
Denn die verwickelten Eiweißstränge, die sich aus langen Ketten von 20 Aminosäuren zusammensetzen, sind es, die letztlich dafür verantwortlich sind, dass Muskeln angespannt werden oder der Stoffwechsel in Gang bleibt. Schätzungsweise 100.000 verschiedene solcher wirkmächtigen Proteine gibt es im menschlichen Körper.
Damit sie ihre jeweilige Funktion erfüllen können, müssen sie durch allerlei Kniffe und Faltungen in ihre spezielle, dreidimensional verwickelte Form finden. Ver wickelt sich dabei auch nur ein Strang, funktioniert unter Umständen das ganze Protein nicht mehr. Eine falsche Proteinfaltung führt beispielsweise bei Mukoviszidose-Patienten dazu, dass der Schleim ihrer Bronchien zäher als normal ist und Lungen und Bauchspeicheldrüse verstopft.
- Datum 11.09.2009 - 18:50 Uhr
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- Quelle DIE ZEIT, 10.09.2009 Nr. 38
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Fraglos stehen die Proteine an vorderster Front in allen Zellen.
Doch nur, weil sie es sind, die die ganze Arbeit machen, heisst das
nicht, dass die Gene ploetzlich keine Bedeutung mehr haben.
Immer wieder kann man diese Artikel entdecken, bei denen man den
Eindruck hat, der Schreiber wuerde sich irgendwie freuen, die Rolle
der Gene entweder abzuschwaechen oder gleich, wie in diesem Artikel:
"dass nicht die Information der Gene, sondern eher die dreidimensionale Faltung der Proteine über Wohl und Wehe im menschlichen Körper bestimmt."
Nur: welche Mechanismen entscheiden darueber, wie Proteine gefaltet werden? Es ist wieder mal das Genom (und natuerlich die Art und Weise,
wie es ausgelesen wird, doch auch das wird durch das Genom bestimmt), das darueber entscheidet, welche Proteine wie wann wo bereitstehen, um
andere Proteine zu falten.
Damit verliert das Genom nichts von seiner nahezu unbeschraenkten Bedeutung in der Natur; wir lernen lediglich mehr darueber, welche Mechanismen (Proteinfaltung) das Genom auch noch steuert...
Natürlich sind die Proteine die eigentlich „Handelnden“ in der Zelle. Aber die Sequenz der Proteine ist nun einmal in den Genen festgelegt. Allerdings kann man aus der Sequenz nicht auf die Funktion schließen, denn die ergibt sich aus der dreidimensionalen Struktur des Proteins. Und bislang ist kein Computer und kein Programm in der Lage, zuverlässig aus der Proteinsequenz die dreidimensionale Struktur zu errechnen. Außerdem gibt es Proteine, die verschiedene Strukturen annehmen, wie beispielsweise der im Artikel erwähnte Erreger des „Rinderwahnsinns“. Nur vermehrt sich dieser nicht – wie missverständlich dargestellt – wie ein infektiöser Erreger! Ohne Rinderwahnsinn-Gen gibt es keinen Rinderwahnsinn; das haben Experimente mit Knock-out-Mäusen gezeigt, bei denen das Gen ausgeschaltet wurde: Sie konnten nicht infiziert werden! Beim „Rinderwahnsinn“ gibt es zwei unterschiedliche Formen des Proteins, wobei das krankmachende in der Lage ist, das normale in die krankmachende Struktur zu verwandeln – der genaue Mechanismus ist noch unklar.
Die Gene sind's also nicht, sondern die Proteine! Und von diesen besonders die Chaperone, die die Funktions-Faltung kontrollieren!
Aha.
Und die fallen alle vom Himmel, oder?
Schlussfolgerung:
Es fällt in unserer Holzhammer-Medizin sicher leichter, eine Proteinfaltung zu kontrollieren als das Gen, welches das Protein kodiert, welches die Faltung kontrolliert. Aber deswegen steht doch das Gen am Beginn der Kette.
Die Gene eines jeden Menschen bleiben das ganze Leben über erhalten. Sie sind es, die durch Fortpflanzung weitergegeben werden. Es müssten daher die Gene sein, die über die Proteinfaltung entscheiden.Es bleibt bei der überragenden Bedeutung des Genoms.
Fehlerhafte Proteinfaltung als übergeordneten Pathomechanismus von Erkrankungen zu beschreiben, ist dennoch ein interesannter Gedanke!
Es werden auch – über die Eizelle – Proteine weiter gegeben, denn ohne Proteine können die Gene nicht abgelesen werden! Das nackte Genom ist nur eine Chemikalie, dasselbe gilt für die Proteine!
Nicht die Gene „entscheiden“ über die Proteinfaltung, sondern die Sequenz, also die Abfolge der Nukleotide in der DNS, bzw. der Aminosäuren im Protein, aber häufig im Zusammenspiel mit Helferproteinen (Chaperone).
Was bleibt, ist die Frage, was zuerst war: das Huhn oder das Ei?
... Proteine, die aus identischer Gensequenz entstehen, auch zwangsläufig identisch gefaltet werden oder ob interindividuell Unterschiede bestehen?
Es werden auch – über die Eizelle – Proteine weiter gegeben, denn ohne Proteine können die Gene nicht abgelesen werden! Das nackte Genom ist nur eine Chemikalie, dasselbe gilt für die Proteine!
Nicht die Gene „entscheiden“ über die Proteinfaltung, sondern die Sequenz, also die Abfolge der Nukleotide in der DNS, bzw. der Aminosäuren im Protein, aber häufig im Zusammenspiel mit Helferproteinen (Chaperone).
Was bleibt, ist die Frage, was zuerst war: das Huhn oder das Ei?
... Proteine, die aus identischer Gensequenz entstehen, auch zwangsläufig identisch gefaltet werden oder ob interindividuell Unterschiede bestehen?
Es werden auch – über die Eizelle – Proteine weiter gegeben, denn ohne Proteine können die Gene nicht abgelesen werden! Das nackte Genom ist nur eine Chemikalie, dasselbe gilt für die Proteine!
Nicht die Gene „entscheiden“ über die Proteinfaltung, sondern die Sequenz, also die Abfolge der Nukleotide in der DNS, bzw. der Aminosäuren im Protein, aber häufig im Zusammenspiel mit Helferproteinen (Chaperone).
Was bleibt, ist die Frage, was zuerst war: das Huhn oder das Ei?
... Proteine, die aus identischer Gensequenz entstehen, auch zwangsläufig identisch gefaltet werden oder ob interindividuell Unterschiede bestehen?
Es ist nicht möglich, diesen Artikel in nur 1500 Zeichen zu kommentieren, wenn man dem dargelegten Thema gerecht werden will. Es werden zu viele Ideen präsentiert, die alle für sich genommen sehr interessant sind aber keine davon ohne wissenschaftliche Kontroverse. Die zu starke Vereinfachung ergibt einen völlig falschen Eindruck von den diversen Problemen und Symptomen der erwähnten Krankheiten. Als Allheilmittel werden alle Therapien auf die Korrektur des Proteinfaltens reduziert. Dies wird entweder am Beispiel des Auflösens von amorphen Proteinklumpen in neurogenerativen Erkrankungen beschrieben, die beobachteten toxischen Wirkungen der gelösten Proteine and damit die schützende Wirkung der Klumpen bleiben unerwähnt; oder in Fällen von Krebs wird der schnelle Wachstum nur durch die Eigenschaft von Hitzeschockproteinen erklärt, die korrektes Proteinfalten schützen, andere Wachstumsfaktoren werden übergangen. Erkenntnisse aus der genetischen Forschung werden als Sackgasse verspottet aber die Einbahnstraße Proteinfalten werden als die einzig wirksame Therapy der Zukunft propagiert. Das Ankurbeln der Produktion von Hitzeschockproteinen ist übrigens ursprünglich ein Eingriff von Tumorfaktoren in die genetische Kontrolle, das Proteinfalten ist ein sekundärer Effekt. Ob die Qualitätskontrolle der Proteine strauchelt bevor Instabilität des Erbgutes eintritt ist keineswegs eindeutig und die besprochenen Medikamente wirken zunächst gegen oxidativen Stress noch vor dem Proteinfalten.
Schon wieder müssen wir die gewohnte Bahn der wissenschaftlichen Erkenntnis verlassen.Bisher hatten wir gelernt, daß Proteide (Eiweißkörperchen) durch Veränderung der Aminosäuresequenz zu einem verhängnisvollen Anhäufen von Eiweißstrukturen führen.Die Folge:Ein Gendefekt.Eine Folge von Fehlschaltungen, die auf der Ebene der DNA/DNS erkannt worden war.Sobald die gewundenen Brücken der Doppelhelix, bestehend aus Kohlen-Wasserstoff,Phosphaten und Stickstoffen(CH's,PH's,NH's) und eben die verbundenen Aminosäuren, ins Wanken gerieten, war die Gefahr angezeigt.Adenin,Guanin,Thymin und Cytosin mußten sich identisch reduplizieren (über RNA's), wenn nicht
durch Veränderung der Triplets daraus " krankhafte veränderte Eiweißbausteine" entstehen sollten.Ein Eingriff - Genmanipulation -sollte Abhilfe schaffen.
Jetzt soll das Problem bei der Faltung liegen. Aber wo liegt die Ursache? Was wirkt wie und wo? Sind es doch Gedanken (gleich Energie),
die als noch unbekannte Kräfte auf die Molekülebene wirken.Eine Art morphogentisches Feld, wie der englische Glehrte Rupert Shaldrake vermutet.Betrachtet man so eine Alpha-Helix -Struktur einer Polypeptidkette bzw. eine Beta-Faltblattstruktur, so kann man nur staunen.
Kohlenstoff,Sauerstoff,Sticksoff und Seitenketten bilden einen Atomverbund -halten zusammen und bilden Falten.Liegt wirklich das Geheimnis in der Formgebung?
Hier stimmt ja fast nichts mehr:
1. Die Veränderung der Aminosäuresequenz führt nicht zu einem Gendefekt, sondern ist Folge eines solchen
2. Die DNA besteht aus zwei umeinander gewundene Stränge, die Brücken zwischen diesen Strängen sind planar
3. Das DNS-Rückrat ist mit den Basen Adenin, Thymin, Guanin und Cytosin verbunden, nicht mit Aminosäuren
4. Nicht Adenin usw. müssen sich identische „reduplizieren“, sondern die DNS muss fehlerfrei abgelesen werden. Bei diesem Vorgang (Transkription) entsteht RNS; RNS ist im Gegensatz zur DNS einzelsträngig und wird als Matrize zur Herstellung (Translation) der Proteine genutzt
5. Nicht die Eiweißbausteine (Aminosäuren) sind „krankhaft“ verändert, sondern das Eiweiß (Protein) ist durch den Einbau einer falschen Aminosäure unter Umständen krankmachend verändert.
6. Durch Genmanipulation kann man nicht das fehlerhafte Ablesen der DNS verhindern. Auch einen genetischen „Fehler“ kann man dadurch nicht reparieren, weil er in allen Zellen vorkommt; man müsste alle Zellen manipulieren
7. In der Formgebung liegt kein Geheimnis, sondern eine Unberechenbarkeit. Das liegt an der Vielzahl der Freiheitsgrade der einzelnen chemischen Bindungen eines Proteins. Die „optimalste“ Form hat ein Protein eingenommen, wenn seine chemische Energie am geringsten ist – theoretisch
Hier stimmt ja fast nichts mehr:
1. Die Veränderung der Aminosäuresequenz führt nicht zu einem Gendefekt, sondern ist Folge eines solchen
2. Die DNA besteht aus zwei umeinander gewundene Stränge, die Brücken zwischen diesen Strängen sind planar
3. Das DNS-Rückrat ist mit den Basen Adenin, Thymin, Guanin und Cytosin verbunden, nicht mit Aminosäuren
4. Nicht Adenin usw. müssen sich identische „reduplizieren“, sondern die DNS muss fehlerfrei abgelesen werden. Bei diesem Vorgang (Transkription) entsteht RNS; RNS ist im Gegensatz zur DNS einzelsträngig und wird als Matrize zur Herstellung (Translation) der Proteine genutzt
5. Nicht die Eiweißbausteine (Aminosäuren) sind „krankhaft“ verändert, sondern das Eiweiß (Protein) ist durch den Einbau einer falschen Aminosäure unter Umständen krankmachend verändert.
6. Durch Genmanipulation kann man nicht das fehlerhafte Ablesen der DNS verhindern. Auch einen genetischen „Fehler“ kann man dadurch nicht reparieren, weil er in allen Zellen vorkommt; man müsste alle Zellen manipulieren
7. In der Formgebung liegt kein Geheimnis, sondern eine Unberechenbarkeit. Das liegt an der Vielzahl der Freiheitsgrade der einzelnen chemischen Bindungen eines Proteins. Die „optimalste“ Form hat ein Protein eingenommen, wenn seine chemische Energie am geringsten ist – theoretisch
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