Entscheidend, so die Forschenden um Dr. Matthias Granold und Univ.-Prof. Dr. Bernd Moosmann vom Institut für Pathobiochemie, sei die größere chemische Reaktivität der neueren Aminosäuren – weniger deren räumliche Struktur. In der Fachzeitschrift PNAS leiten sie darüber hinaus ab, dass der aufkommende Sauerstoff in der Atmosphäre diese Aufnahme weiterer Aminosäuren in den „Protein-Baukasten“ getriggert hat.

Alles Leben ist aus 20 Aminosäuren aufgebaut. Diese wiederum werden aus der Erbsubstanz DNA „abgelesen“: Dabei stehen jeweils drei aufeinanderfolgende DNA-Bausteine für eine Aminosäure. „Es war über Jahrzehnte rätselhaft, nach welchen Kriterien die 20 genetisch kodierten Aminosäuren von der Evolution ausgesucht worden sind“, beschreibt Univ.-Prof. Dr. Bernd Moosmann. „Besonders die letzten sieben Aminosäuren sind schwer erklärbar, da sich gute und funktionelle Proteine auch schon mit den ersten 10 bis 13 Aminosäuren zusammenbauen lassen.“

Neue Aminosäuren als Folge des Luft-Sauerstoffs

Die sich anschließende Frage lautet: Warum kamen die „weichen“ Aminosäuren hinzu? Womit sollten die neuen, leicht reaktiven Aminosäuren denn reagieren? Aus ihren Ergebnissen folgern die Wissenschaftler, dass zumindest einige dieser neuen Aminosäuren, speziell Methionin, Tryptophan und Selenocystein, als Folge des aufkommenden Sauerstoffs in der Atmosphäre hinzugefügt wurden. Dieser Sauerstoff fördert die Bildung toxischer freier Radikale – in der Konsequenz sind moderne Organismen und Zellen massiv oxidativem Stress ausgesetzt. Die freien Radikale werden von den neueren Aminosäuren in sehr effizienter Weise gleichsam abgefangen – indem diese Aminosäuren chemische Reaktionen mit den freien Radikalen eingehen, die leicht reparierbar sind, und dadurch andere, wertvollere biologische Strukturen, die nicht reparierbar sind, vor der sauerstoff-induzierten Zerstörung schützen. Durch die neuen Aminosäuren ergab sich für die Urahnen aller heutigen Zellen somit ein echter Überlebensvorteil, der sie in der „neuen Welt“ bestehen ließ. „Man könnte den Sauerstoff daher auch als letzten Bildhauer des genetischen Codes verstehen“, veranschaulicht Professor Moosmann.

Originalpublikation
Matthias Granold, Parvana Hajieva, Monica Ioana Tosa, Florin-Dan Irimie, Bernd Moosmann, Modern diversification of the amino acid repertoire driven by oxygen, PNAS, January 2, 2018, vol. 115, no. 1, 41–46; Doi: http://www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.1717100115.