Von Ludwig Kürten

Wachstum und Entwicklung von Zellen sind die eine, Krebs und Stoffwechselstörungen die andere Seite derselben Medaille. Wie werden solche Prozesse reguliert beziehungsweise die zellulären Entgleisungen ausgelöst? Diese Fragen gehören zu den wichtigsten der molekularen Biologie. Und was der Physik recht ist, ist der Biologie billig: In jüngster Zeit zeichnet sich immer deutlicher ab, daß sich auch die Molekularbiologie auf dem Weg zu einem "Standardmodell", also zu einer Theorie befindet, in der elementare Prozesse mit Hilfe einfacher Grundprinzipien beschrieben werden können.

Während es in der Physik um die Gesetze geht, mit denen die vier Wechselwirkungen, die "Kräfte" im Universum erklärt werden können, sucht die Biologie nach Mechanismen, mit denen die drei wichtigsten Fähigkeiten lebendiger Organismen – Wachstum, Entwicklung und Fortpflanzung – kontrolliert werden. Die Gene spielen dabei eine zentrale Rolle, einerseits als aktivierende, andererseits als unterdrückende Gene. Erst durch das Zusammenspiel von Anregung und Hemmung werden geregelte biologische Prozesse möglich. Dieses Prinzip von "Spielern" und "Gegenspielern" gilt sowohl für die Gene als auch für die Enzyme, die auf der Basis der genetischen Informationen hergestellt werden.

Wenn diese komplizierten Mechanismen außer Kontrolle geraten, entartet das Wachstum der Zellen. Die Folgen erleben wir entweder als Krebs, Stoffwechselentgleisungen oder Mißbildungen. Solche Fehler können auf Ursachen innerhalb des Systems zurückgehen, sie können aber auch von außen angeregt werden, etwa durch die Tätigkeit von Viren, die sich in die Erbsubstanz "einschleichen", durch Schadstoffe oder Bestrahlung.

Eine Schlüsselrolle bei der Zellregulation, so hat sich in den letzten Jahren herausgestellt, spielen Enzyme, die bestimmte chemische Bausteine, zum Beispiel Phosphatgruppen, auf andere Moleküle übertragen oder sie von ihnen abtrennen. Phosphate sind im Stoffwechsel wichtig, denn mit ihnen wird Energie transportiert. Enzyme, die Phosphatgruppen übertragen, nennt man "Protein-Phosphat-Kinasen": Sie "phosphorylieren" Eiweißstoffe, machen sie damit energiereich und chemisch aktiv. Die Kinasen (griechisch hinein = bewegen) bringen also Bewegung in die Biochemie. Andere Enzyme, die Protein-Phosphatasen, spalten dagegen Phosphatgruppen ab und wirken bremsend.

Diese weitverbreiteten Enzyme arbeiten äußerst zielsicher: Sie übertragen Phosphatgruppen nur auf ganz bestimmte Moleküle, zum Beispiel auf einzelne Aminosäuren. Ähnlich selektiv wirken sie beim Entfernen von Phosphaten. Ein zentraler Angriffspunkt solcher Enzyme ist die Aminosäure Tyrosin. Die sogenannten Protein-Tyrosin-Kinasen, die Phosphat auf Tyrosin übertragen, besitzen eine entscheidende Funktion bei der Aktivierung des Zellwachstums. Erst in jüngster Zeit hat man die Bedeutung ihrer Gegenspieler, der Tyrosin-Phosphatasen, erkannt.

Eine wichtige Erkenntnis war außerdem, daß zwischen diesen beiden Enzymfamilien und den Onkogenen eine enge Beziehung bestellt Die Protein-Tyrosin-Kinasen (PTK) sind verwandt mit den wachstumsfördernden beziehungsweise krebsauslösenden Onkogenen. Die Tyrosin-Phosphatasen dagegen lassen sich deren Gegenspielern zuordnen, den wachstumsbremsenden Tumor-Suppressor-Genen.