Chaperone — Anstandsdamen in der Zelle

Proteinmodelle am Computer

Nehmen Sie hundert aneinander gereihte LEGO-Bausteine und formen Sie daraus ein möglichst kugelförmiges Gebilde — Sie haben fünf Sekunden Zeit. Geht nicht? Doch. Tatsächlich gelingt es den Zellen in unserem Körper, fortwährend und teilweise sekundenschnell aus kettenförmig aneinander gereihten Aminosäurebausteinen dreidimensionale Proteinmoleküle zu falten. Erst durch diesen Formungsprozess werden sie biologisch aktiv.

Proteine machen mehr als die Hälfte des Trockengewichts einer Zelle aus. Sie bestimmen Form und Struktur der Zelle und wirken entscheidend an allen Lebensfunktionen mit. Während die DNA die Information speichert, die notwendig ist, eine Zelle aufzubauen, sind die Proteine die eigentlichen Werkzeuge, die in ihrer Struktur passgenau auf ihre „Werkstücke” abgestimmt sind. In Anlehnung an die Computer-Terminologie könnte man bei der Nukleinsäuresequenz von der „Software” sprechen, die „Hardware” hingegen stellen die Proteine — das physikalische Gerät, das das gespeicherte Programm ausführt.

Mit seiner aus dem Griechischen von proteios „erstrangig” abgeleiteten Wortschöpfung unterstrich der Chemiker Jöns J. Berzelius bereits im Jahr 1836 die Wichtigkeit dieser Stoffgruppe: So werden nahezu alle chemischen Reaktionen in biologischen Systemen durch Proteine, die Enzyme, in die Wege geleitet und gesteuert — von der Anlagerung von Wasser an Kohlendioxid bis hin zur Verdopplung eines Chromosoms. Proteine übernehmen im Körper zahlreiche Transportfunktionen oder leisten, wie beispielsweise das Kollagen, wichtige mechanische Stützfunktion. Als Antikörper sind sie unverzichtbarer Bestandteil unserer Immunabwehr; sie kontrollieren Wachstum und Differenzierung und sind an der Aufnahme spezifischer Sinnesreize (wie z. B. das Rhodopsin, der Sehfarbstoff in unserem Auge) ebenso beteiligt wie an der Weiterleitung von Nervenimpulsen.

Der erfolgreiche Ablauf all dieser molekularen Prozesse bedarf spezifischer Informationen, die sozusagen in der Struktur der Moleküle abgespeichert sind. Nur wenn die molekularen Strukturen, die miteinander in Wechselwirkung treten, auch zueinander passen, also komplementär sind, kann Information weitergegeben werden. Dazu müssen Proteine ihre exakte räumliche Gestalt eingenommen haben. Die Information dafür ist vollständig in der Primärstruktur enthalten, das heißt in der Sequenz, also der Abfolge der Aminosäuren. Diese Sequenz lässt sich mit einem langen Wort vergleichen aus bis zu mehreren hundert Buchstaben, geschrieben mit einem Alphabet aus zwanzig Buchstaben — den zwanzig Aminosäuren, die in Proteinen vorkommen.