Eine Substanz, die man kochen, mit Phenol oder Schwefelsäure behandeln kann, und die alle diese Prozeduren übersteht, wird man schwerlich als Protein bezeichnen können. Dennoch gibt es ein solches – sehr zum Leidwesen der meisten Molekularbiologen. Es ist die Ribonuklease, ein Enzym, das Ribonukleinsäure (RNS) abbaut und das, in fast jeder Zelle und vielen RNS-Präparationen enthalten ist.

Seit Anfang des Jahres kennt man die räumliche Struktur dieses Makromoleküls. Drei Arbeitsgruppen brachten ihre Ergebnisse zu einem vorläufigen Ende. Am erfolgreichsten war Professor David Harker mit seinen Mitarbeitern am Roswell Memorial Institute in Buffalo (New York). In den letzten Monaten trug er seine Ergebnisse mehrfach vor und veröffentlichte sie im Detail im ersten Märzheft der englischen Wissenschaftszeitschrift „Nature“.

Seine Konkurrenz, eine englische Arbeitsgruppe am Birkbeck College in London und der Universität von Sussex sowie Professor Wykoff an der Yale-Universität in New Haven, war fast gleichzeitig fertig. Die dreidimensionale Struktur großer Moleküle kann man heute nur dann erfolgreich bestimmen, wenn man das Molekül kristallisiert hat. Wykoff und Harker gingen dabei verschiedene Wege, kamen am Ende aber zum gleichen Ergebnis. Das ist natürlich befriedigend für alle, weil es zeigt, daß die Daten nicht etwa auf experimentellen Fehlern beruhen.

Übereinstimmung herrscht außerdem darüber, wie dieses Enzym, ein Proteinmolekül, aus 124 Aminosäuren funktioniert. Bisher waren die Biochemiker vorwiegend daran interessiert zu erforschen, wie aus einer Substanz A eine Substanz B oder C entsteht, ohne aber die Wirkung des daran beteiligten Enzyms zu verstehen. Ausgenommen davon sind jedoch die Fälle, wo Coenzyme, zum Beispiel Vitamine, an der Reaktion beteiligt sind. Freilich gelang es D. Phillips von der Royal Institution in London schon im vorigen Jahr, einen solchen Mechanismus an einem anderen Enzym, dem Lysozym, aufzuklären. Dabei spielen im Prinzip die gleichen Reaktionsmechanismen eine Rolle, die jeder Organchemiker kennt: Verschiebung von Elektronen und Protonen.

Doch wozu dann ein so kompliziertes Makromolekül als Katalysator? Bei Reaktionen in der anorganischen oder in der organischen Chemie, zum Beispiel bei Reduktionen, spielen Molekül-Oberflächen eine große Rolle. So auch hier; nur an einer spezifisch geformten Oberfläche kann eine biologisch wichtige Reaktion, wie die Spaltung der Ribonukleinsäure, ablaufen. In einer Höhlung des Enzymmoleküls sitzen zwei Histidinreste (Aminosäuren), die räumlich so angeordnet sind, daß dazwischen gerade Platz für ein Nukleinsäuremolekül ist. Hat sich ein Nukleinsäuremolekül – wie ein Schlüssel in ein Schloß – in eine solche Höhlung eingepaßt, und ist gleichzeitig ein Wassermolekül anwesend, kommt es zu einer Verschiebung einiger Elektronen mit dem Endergebnis, daß eine Bindung zwischen der Ribose und der Phosphorsäure, beides Bestandteile der Nukleinsäure, geöffnet wird. Diese Verschiebung ist nur deshalb möglich, weil alle Reaktionspartner sterisch in die richtige Lage gebracht worden sind und ihre Abstände so gering sind, daß keine hohe Aktivierungsenergie – erforderlich ist. Die Wahrscheinlichkeit, daß Solche Bedingungen ohne die Enzymoberfläche erfüllt werden, ist so gering, daß sie keine Rolle spielen.

Die Einzelheiten des Wirkungsmechanismus erfuhr man nicht ausschließlich durch die Strukturanalyse des Moleküls, sondern durch Zusammenfassung zahlreicher chemischer Daten. Kurz vor der Veröffentlichung der räumlichen Struktur publizierte Professor Harold E. Scheraga von der Cornell-Universität in Ithaca (New York) in der November-Ausgabe (1966) der Zeitschrift „Biochemistry“ ein Modell der Ribonuklease, das alle chemischen Daten in optimaler Weise vereinigte. Er hatte aber Pech damit – zum zweiten Male übrigens –, die Strukturforscher schlugen ein anderes Modell vor.

Die chemische Analyse zeigte jedoch, daß nicht alle 124 Aminosäuren für die Enzymfunktion erforderlich sind. Trennt man die ersten 20 ab, so geht die Funktion nur dann verloren, wenn man dieses Bruchstück vollständig aus der Lösung entfernt. Läßt man es in der Lösung, so bleibt das Enzym voll aktiv, obwohl es jetzt aus zwei Teilen besteht, die nicht direkt miteinander verbunden sind. Das ist ein Ansatzpunkt, um zu ermitteln, ob das ganze Bruchstück (Aminosäuren Nr. 1 bis 20) erforderlich ist oder nur Teile davon. Hofmann, Finn, Wells und zahlreiche Mitarbeiter am Biochemistry Department der Universität Pittsburg veröffentlichten in den beiden letzten Jahren über 30 Arbeiten und fanden schließlich, daß auch ein synthetisches Bruchstück, das nur die fünf Aminosäuren Nr. 8 bis 12 enthält, das Restmolekül (Aminosäuren Nr. 21 bis 124) vollständig aktivieren kann. Ein noch kürzeres Stück ist inaktiv. Nicht alle diese fünf Aminosäuren beeinflussen aber die Aktivität, einige sind nötig, dieses Bruchstück an das Restmolekül zu binden.